Zmiany aktywności enzymatycznej gleby pod wpływem zanieczyszczeń olejami. Zmiany aktywności enzymatycznej gleb pod wpływem zanieczyszczenia olejami Charakter enzymów glebowych

Procesy metabolizmu i energii podczas rozkładu i syntezy związków organicznych, przemiany ciężkostrawnych składniki odżywcze w formy łatwo dostępne dla roślin i mikroorganizmów zachodzą przy udziale enzymów.

Enzym inwertaza (α-fruktofuranozydaza) katalizuje rozkład różnych węglowodanów na cząsteczki glukozy i fruktozy.

Wiele danych potwierdza związek aktywności inwertazy z aktywnością biologiczną gleby, zawartością w niej materii organicznej, plonem roślin polowych oraz zmianami zachodzącymi w glebie podczas użytkowania rolniczego (Khaziev F.Kh., 1972). ; Galstyan A.Sh., 1978; Vasilyeva L.I., 1980).

Wraz ze wzrostem głębokości orki aktywność inwertazy wzrasta najwyższa warstwa gleba nieznacznie się zmniejszyła, co można wytłumaczyć zubożeniem tej warstwy gleby, ponieważ podczas głębokiej orki główna ilość resztek roślinnych osadza się w dolnych warstwach. Nagromadzenie większości resztek pożniwnych w górnej warstwie gleby podczas uprawy bezodkładniowej powoduje zmniejszenie aktywności inwertazy w warstwie 30–40 cm o 5–15% pod koniec sezonu wegetacyjnego roślin.

Na podłożu nawożonym aktywność inwertazy wzrosła średnio o 5% dopiero po orce. Według bezodkładniowych metod uprawy nawozy nie wpływają na aktywność tego enzymu.

Działanie ureazy związane jest z hydrolitycznym rozerwaniem wiązania pomiędzy azotem i węglem (CO-IN) w cząsteczkach związków organicznych zawierających azot. Dlatego wielu badaczy zauważa dodatnią korelację pomiędzy aktywnością ureazy a zawartością azotu i próchnicy w glebie. Aktywność ureazy zależy jednak nie tylko od całkowitej ilości próchnicy, ale od jej jakości, korelującej głównie z wartością stosunku węgla do azotu (C:14). Najwyższej aktywności ureazy odpowiada materia organiczna o najszerszym stosunku węgla do azotu, wraz ze spadkiem stosunku węgla do azotu maleje także aktywność enzymu. To zdaniem V.D. Mukha i L.I. Wasilijewa wskazuje na regulacyjny wpływ ureazy na procesy przemian związków organicznych zawierających azot w glebie. W badaniach naszych, spośród wariantów uprawy odkładnicowej, największą aktywność ureazy wykazała orka do głębokości 20–22 cm, a pogłębienie uprawy spowodowało znaczny spadek aktywności tego enzymu. I tak, na początku wegetacji roślin, orka do głębokości 35–37 cm w warstwie gleby 0–40 cm wytwarzała o 20% mniej amoniaku niż przy orce na normalną głębokość 20–22 cm (średnia dla lat 1980–1982, mg YN 3 na 1 g powietrznie suchej gleby).

O intensywności i kierunku procesów przemian materii organicznej w glebie decyduje także aktywność enzymów redoks, oksydazy i peroksydazy polifenolowej. Oksydaza polifenolowa bierze udział w przemianie związków organicznych szeregu aromatycznego w składniki humusowe (Mishustin E.N. i in., 1956, Kononova M.M., 1963, 1965). W rozkładzie substancji humusowych duże miejsce zajmują peroksydaza i katalaza (Nikitin D.I., 1960). Badacze zauważają wysoką dodatnią korelację między rozkładem humusu a aktywnością peroksydazy oraz niemal funkcjonalną ujemną korelację z aktywnością oksydazy polifenolowej (Chunderova A.I., 1970, Dulgerov A.N., 1981). Odwrotna orientacja funkcji peroksydazy i oksydazy polifenolowej oraz jeden cel ich zastosowania umożliwiły A.I. Chunderova zaproponowała koncepcję „współczynnika akumulacji próchnicy”, którego wartość określa się na podstawie stosunku aktywności oksydazy polifenolowej w glebie do aktywności peroksydazy.

Z naszych badań wynika, że zwiększenie głębokości orki z 20-22 cm do 35-37 cm i zastosowanie uprawy bezodkładniowej za pomocą frezu płaskiego, pługa bez odkładnic, dłuta, narzędzia typu paraplow, zębów SibIME , a także podczas uprawy gleby Notil” prowadziły do wzrostu aktywności peroksydazy o 4-6% i spadku aktywności oksydazy polifenolowej o 4-5% (tab. 15). Współczynnik akumulacji próchnicy w tym przypadku spadł o 8-10%.

15. Aktywność peroksydazy i oksydazy polifenolowej w 0-40 cm warstwie gleby pod grochem, mg purpurgalliny na 100 g powietrznie suchego materiału

gleba w 30 min. (1980-1982)

Opcje
Opcje		nadtlenek-	polifenole- loksydaza	akumulacja	nadtlenek-	polifenole- loksydaza	akumulacja
Coroczny	z nawozami
Coroczny	bez nawozu
Coroczny	z nawozami
Coroczny	bez nawozu
Coroczny leczenie samolot	z nawozami
Coroczny leczenie samolot	bez nawozu
Niekoszony depozyt od 1885 roku

Badania wykazały związek pomiędzy współczynnikiem akumulacji próchnicy a stosunkiem liczby mikroorganizmów asymilujących azot mineralny do liczby mikroorganizmów asymilujących azot związków organicznych (KAA: MPA). Współczynnik korelacji pomiędzy obydwoma wskaźnikami wynosi -0,248±0,094. Wzrost pierwszego wskaźnika w wielu przypadkach prowadzi do spadku drugiego i odwrotnie, co potwierdza istnienie związku pomiędzy strukturą cenozy drobnoustrojów a kierunkiem procesu przemian biochemicznych materii organicznej gleby. Najwyraźniej stosunek tych dwóch współczynników może scharakteryzować orientację kulturowego procesu tworzenia gleby.

Pozwala to stwierdzić, że przemiana materii organicznej gleby, pod wpływem działania peroksydazy i oksydazy polifenolowej, przesuwa się w kierunku wzmożonego rozkładu próchnicy przy pogłębianiu orki i uprawie roli bez odwracania warstwy (ryc. 5).

? Rząd 4
? RyadZ
? Wiersz 2
? Wiersz 1

Ryż. 5. Wpływ różne drogi i głębokość głównego zabiegu pod kątem aktywności peroksydazy w warstwie gleby 0-40 cm w okresie 2-4 par prawdziwych liści słonecznika, mg purpuralliny na 1 g powietrznie suchej gleby (1989-1991)

Pewne miejsce w kierunku i intensywności procesów biochemicznych zachodzących w glebie zajmuje enzym katalaza. W wyniku działania aktywującego nadtlenek wodoru rozkłada się na wodę i wolny tlen. Uważa się, że katalaza wraz z peroksydazą może brać udział w reakcjach typu peroksydazy, podczas których zredukowane związki ulegają utlenieniu. W doświadczeniach Instytutu Badawczego Rolnictwa Centralnego ChP im. V.V. Dokuchaev nie ustalił zależności aktywności katalazy od głębokości i sposobu uprawy podstawowej. Natomiast wraz ze wzrostem głębokości orki powyżej 25-27 cm oraz uprawą bez odwracania warstwy zaobserwowano znaczny wzrost aktywności katalazy w porównaniu z orką na głębokość 20-22 cm i 25-27 cm.

Wyślij swoją dobrą pracę do bazy wiedzy jest prosta. Skorzystaj z poniższego formularza

Studenci, doktoranci, młodzi naukowcy, którzy wykorzystują bazę wiedzy w swoich studiach i pracy, będą Państwu bardzo wdzięczni.

Wysłany dnia http://www.allbest.ru/

Wstęp

1. Przegląd literatury

1.1 Zrozumienie enzymów glebowych

1.2 Aktywność enzymatyczna gleb

1.3 Podejścia metodologiczne do określania aktywności enzymatycznej gleb

1.3.1 Przydział powierzchni doświadczalnej

1.3.2 Cechy doboru i przygotowania próbek gleby do analizy

1.4 Wpływ różnych czynników (temperatura, reżim wodny, pora pobierania próbek) na aktywność enzymatyczną gleb

1.5 Zmiany zbiorowisk mikroorganizmów w glebie

1.6 Metody badania aktywności enzymów glebowych

Wniosek

Lista wykorzystanych źródeł

Wstęp

W warunkach zwiększonego obciążenia antropogenicznego biosfery planety, gleba, będąc elementem systemu przyrodniczego i pozostając w dynamicznej równowadze ze wszystkimi pozostałymi składnikami, ulega procesom degradacji. Strumienie substancji dostających się do gleby w wyniku działalności antropogenicznej, włączają się w naturalne cykle, zakłócając normalne funkcjonowanie fauny i flory glebowej, a w efekcie całego systemu glebowego. Wśród różnych kryteriów oceny biologicznej wpływ antropogeniczny na glebach najskuteczniejsze i najbardziej obiecujące są wskaźniki biochemiczne, które dostarczają informacji o dynamice najważniejszych procesów enzymatycznych zachodzących w glebie: syntezy i rozkładu materii organicznej, nitryfikacji i innych procesów.

Dostępne informacje na temat aktywności enzymatycznej różne rodzaje gleby są obecnie niewystarczające i wymagają dalszych badań. Dlatego też zbadanie zagadnień poruszonych w tej pracy jest niezwykle istotne zarówno pod względem teoretycznym, jak i praktycznym.

Przedmiot badań: aktywność enzymów glebowych.

Cel Praca semestralna: Badanie enzymów glebowych i aktywności enzymatycznej gleb.

Zgodnie z celem badania, co następuje zadania:

1. Podaj ogólne pojęcie o enzymach glebowych i aktywności enzymatycznej gleb.

2. Rozważyć podejścia metodologiczne do określania aktywności enzymatycznej gleb.

3. Określić wpływ różnych czynników naturalnych na aktywność enzymatyczną gleb

4. Zgłębiać problematykę obecności i zmiany zbiorowisk mikroorganizmów w glebie

5. Wymieniać i opisywać metody badania aktywności enzymów glebowych.

1 . Przegląd literatury

1.1 Zrozumienie enzymów glebowych

Trudno sobie wyobrazić, że enzymy, wysoce zorganizowane cząsteczki białek, mogłyby powstawać w glebie poza żywym organizmem. Wiadomo, że gleba ma znaną aktywność enzymatyczną.

Enzymy są katalizatorami reakcji chemicznych o charakterze białkowym, różniącymi się specyfiką swojego działania w odniesieniu do katalizy określonych reakcji chemicznych.

Enzymy są produktami biosyntezy żywych organizmów glebowych: drzewiastych i rośliny zielne, mchy, porosty, glony, grzyby, mikroorganizmy, pierwotniaki, owady, bezkręgowce i kręgowce, które w przyrodzie są reprezentowane przez pewne agregaty - biocenozy.

Biosynteza enzymów w organizmach żywych odbywa się dzięki czynnikom genetycznym odpowiedzialnym za dziedziczne przekazywanie rodzaju metabolizmu i jego zmienności adaptacyjnej. Enzymy są aparatem roboczym, za pomocą którego realizowane jest działanie genów. Katalizują tysiące reakcji chemicznych w organizmach, z których w efekcie składa się metabolizm komórkowy. Dzięki enzymom reakcje chemiczne w organizmie przebiegają z dużą prędkością.

Do chwili obecnej ponad 150 z dwóch tysięcy znanych enzymów otrzymano w postaci krystalicznej. Enzymy dzielą się na sześć klas:

1. Oksyreduktazy - katalizują reakcje redoks.

2. Transferazy - katalizują reakcje międzycząsteczkowego przeniesienia różnych grup chemicznych i reszt.

3. Hydrolazy - katalizują reakcje rozszczepienia hydrolitycznego wiązań wewnątrzcząsteczkowych.

4. Liazy - katalizowanie reakcji przyłączania grup do wiązań podwójnych i odwrotnych reakcji odłączania takich grup.

5. Izomerazy - katalizują reakcje izomeryzacji.

6. Ligazy - katalizują reakcje chemiczne z tworzeniem wiązań z powodu ATP (kwasu adenozynotrójfosforowego).

Kiedy żywe organizmy umierają i gniją, część ich enzymów ulega zniszczeniu, a część, dostając się do gleby, zachowuje swoją aktywność i katalizuje wiele reakcji chemicznych w glebie, uczestnicząc w procesach powstawania gleby i tworzeniu znaku jakościowego gleby - płodność.

W różne rodzaje Gleby w określonych biocenozach utworzyły własne kompleksy enzymatyczne, różniące się aktywnością reakcji biokatalitycznych.

Ważną cechą kompleksów enzymatycznych gleb jest uporządkowanie działania istniejących grup enzymów. Przejawia się to w tym, że zapewnione jest jednoczesne działanie wielu enzymów reprezentujących różne grupy. Enzymy wykluczają gromadzenie się nadmiaru jakichkolwiek związków w glebie. Nadmiar nagromadzonych mobilnych prostych związków (na przykład NH 3) w taki czy inny sposób tymczasowo wiąże i wysyła do cykli, których kulminacją jest tworzenie bardziej złożonych związków. Kompleksy enzymatyczne można przedstawić jako pewnego rodzaju systemy samoregulujące. Główną rolę odgrywają w tym mikroorganizmy i rośliny, stale uzupełniając enzymy glebowe, ponieważ wiele z nich jest krótkotrwałych.

Liczbę enzymów pośrednio ocenia się na podstawie ich aktywności w czasie, która zależy od charakteru chemicznego reagujących substancji (substrat, enzym) oraz od warunków interakcji (stężenie składników, pH, temperatura, skład ośrodka, działanie aktywatory, inhibitory itp.).

Enzymy należące do klas hydrolaz i oksydoreduktaz biorą udział w głównych procesach humifikacji gleby, dlatego ich aktywność jest istotnym wskaźnikiem żyzności gleby. Dlatego zatrzymajmy się krótko na charakterystyce enzymów należących do tych klas.

Hydrolazy obejmują inwertazę, ureazę, fosfatazę, proteazę itp.

Inwertaza - katalizuje reakcje hydrolitycznego rozkładu sacharozy na równomolowe ilości glukozy i fruktozy, działa także na inne węglowodany (galaktoza, glukoza, ramnoza) tworząc cząsteczki fruktozy - produkt energetyczny niezbędny do życia mikroorganizmów, katalizuje reakcje transferazy fruktozowej . Badania wielu autorów wykazały, że aktywność inwertazy lepiej niż innych enzymów odzwierciedla poziom żyzności i aktywności biologicznej gleb 3, s. 27.

Ureaza - katalizuje reakcje hydrolitycznego rozkładu mocznika na amoniak i dwutlenek węgla. W związku ze stosowaniem mocznika w praktyce agronomicznej należy mieć na uwadze, że aktywność ureazy jest większa w bardziej żyzne gleby. Na wszystkich glebach wzrasta w okresach ich największej aktywności biologicznej – w lipcu-sierpniu.

Fosfataza (zasadowa i kwaśna) - katalizuje hydrolizę wielu związków fosforoorganicznych z utworzeniem ortofosforanu. Aktywność fosfatazy jest tym większa, im mniej mobilne formy fosforu znajdują się w glebie, dlatego może służyć jako dodatkowy wskaźnik przy określaniu konieczności stosowania nawozów fosforowych w glebie. Największą aktywność fosfatazy obserwuje się w ryzosferze roślin.

Proteazy to grupa enzymów rozkładających białka na polipeptydy i aminokwasy, które następnie ulegają hydrolizie do amoniaku, dwutlenku węgla i wody. Pod tym względem proteazy mają ogromne znaczenie w życiu gleby, ponieważ wiążą się ze zmianą składu składników organicznych i dynamiką form azotu, które są łatwo przyswajalne przez rośliny.

Klasa oksydoreduktaz obejmuje katalazę, peroksydazę i oksydazę polifenolową itp.

Katalaza – w wyniku jej działania następuje rozkład toksycznego dla organizmów żywych nadtlenku wodoru:

H2O2 > H2O + O2

Roślinność ma duży wpływ na aktywność katalazy gleb mineralnych. Gleby pod roślinami o silnym, głęboko wnikającym systemie korzeniowym charakteryzują się dużą aktywnością katalazy. Cechą aktywności katalazy jest to, że zmienia się ona nieznacznie w dół profilu, ma odwrotną zależność od wilgotności gleby i bezpośrednią zależność od temperatury.

Główną rolę w procesach powstawania próchnicy odgrywają w glebach oksydaza i peroksydaza polifenolowa.

Oksydaza polifenolowa katalizuje utlenianie polifenoli do chinonów w obecności wolnego tlenu atmosferycznego. Peroksydaza katalizuje utlenianie polifenoli w obecności nadtlenku wodoru lub nadtlenków organicznych. Jednocześnie jego rolą jest aktywacja nadtlenków, ponieważ mają one słabe działanie utleniające na fenole. Dalsza kondensacja chinonów z aminokwasami i peptydami może nastąpić wraz z utworzeniem pierwotnej cząsteczki kwasu humusowego, która może dodatkowo stać się bardziej złożona w wyniku powtarzających się kondensacji.

Stosunek aktywności oksydazy polifenolowej (S) do aktywności peroksydazy (D), wyrażony procentowo, związany jest z akumulacją próchnicy w glebie, dlatego wartość tę nazywa się warunkowym współczynnikiem akumulacji próchnicy (K):

Rozważ odmiany enzymów glebowych.

Klasa oksydoreduktaz obejmuje katalizujące reakcje redoks.

W zdecydowanej większości utleniań biologicznych nie chodzi o dodanie tlenu do utlenionej cząsteczki, ale o usunięcie wodoru z utlenionych substratów. Proces ten nazywa się odwodornieniem i jest katalizowany przez enzymy dehydrogenazy.

Istnieją tlenowe dehydrogenazy, czyli oksydazy, i beztlenowe dehydrogenazy, czyli reduktazy. Oksydazy przenoszą atomy wodoru lub elektrony z utlenionej substancji do tlenu atmosferycznego. Dehydrogenazy beztlenowe oddają atomy wodoru i elektrony innym akceptorom wodoru, enzymom lub nośnikom, bez przenoszenia ich na atomy tlenu. Utlenieniu ulegają liczne związki organiczne, które dostają się do gleby wraz z roślinami i zwierzętami: białka, tłuszcze, węglowodany, błonnik, kwasy organiczne, aminokwasy, puryny, fenole, chinony, określone substancje organiczne, takie jak kwasy huminowe i fulwowe itp.

Dehydrogenazy beztlenowe z reguły biorą udział w procesach redoks zachodzących w komórkach zwierząt, roślin i mikroorganizmów, które przenoszą odszczepiony wodór z podłoża na nośniki pośrednie. W środowisku glebowym w procesach redoks biorą udział głównie dehydrogenazy tlenowe, za pomocą których wodór będący substratem przenosi się bezpośrednio do tlenu atmosferycznego, tj. akceptorem wodoru jest tlen. Najprostszy układ redoks w glebie składa się z utlenialnego substratu, oksydaz i tlenu.

Cechą oksydoreduktaz jest to, że pomimo ograniczonego zestawu grup aktywnych (koenzymów), są one w stanie przyspieszać duża liczba różnorodne reakcje redoks. Osiąga się to dzięki zdolności jednego koenzymu do łączenia się z wieloma apoenzymami i za każdym razem tworzenia oksydoreduktazy specyficznej dla tego lub innego substratu.

Kolejną ważną cechą oksydoreduktaz jest to, że przyspieszają reakcje chemiczne związane z wydzielaniem energii niezbędnej w procesach syntezy. Procesy redoks w glebie są katalizowane zarówno przez dehydrogenazy tlenowe, jak i beztlenowe. Z natury chemicznej są to enzymy dwuskładnikowe, składające się z białka i grupy aktywnej, czyli koenzymu.

Grupą aktywną może być:

NAD+ (dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy),

NADP+ (fosforan dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego);

FMN (mononukleotyd flawinowy);

FAD (dinukleotyd flawinoadeninowy), cytochromy.

Znaleziono około pięciuset różnych oksydoreduktaz. Jednakże najpowszechniejszymi oksydoreduktaz są te zawierające NAD+ jako grupę aktywną.

Łącząc się z białkiem i tworząc dwuskładnikowy enzym (białko pirydynowe), NAD+ zwiększa jego zdolność do regeneracji. W rezultacie białka pirydynowe stają się zdolne do odbierania substratom, którymi mogą być węglowodany, kwasy dikarboksylowe i ketonowe, aminokwasy, aminy, alkohole, aldehydy, określone związki organiczne gleby (kwasy humusowe i fulwowe) itp., atomy wodoru w forma protonów (H +) . W rezultacie grupa aktywna enzymu (NAD+) ulega redukcji, a substrat przechodzi w stan utleniony.

Mechanizm wiązania dwóch atomów wodoru, tj. dwa protony i dwa elektrony, wygląda następująco. Aktywną grupą dehydrogenaz, która przyjmuje protony i elektrony, jest pierścień pirydynowy. Kiedy NAD + ulega redukcji, jeden proton i jeden elektron są przyłączone do jednego z atomów węgla pierścienia pirydynowego, tj. jeden atom wodoru. Drugi elektron jest przyłączany do dodatnio naładowanego atomu azotu, a pozostały proton przechodzi do otoczenia.

Wszystkie białka pirydynowe są dehydrogenazami beztlenowymi. Nie przenoszą atomów wodoru usuniętych z podłoża na tlen, ale wysyłają je do innego enzymu.

Oprócz NAD+, enzymy pirydynowe mogą zawierać fosforan dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego (NADP+) jako koenzym. Koenzym ten jest pochodną NAD+, w której wodór grupy OH- drugiego atomu węgla adenozynorybozy zastąpiono resztą kwasu fosforowego. Mechanizm utleniania substratu przy udziale NADP* jako koenzymu jest podobny do NAD+.

Po dodaniu wodoru NADH i NADPH mają znaczny potencjał redukujący. Mogą przenosić swój wodór na inne związki i redukować go, podczas gdy same zamieniają się w formę utlenioną. Jednakże wodór związany z dehydrogenazą beztlenową nie może zostać przeniesiony na tlen z powietrza, a jedynie na nośniki wodoru. Takimi nośnikami pośrednimi są enzymy flawinowe (flawoproteiny). Są to enzymy dwuskładnikowe, które jako grupę aktywną mogą zawierać fosforylowaną witaminę B2 (ryboflawinę). Każda cząsteczka takiego enzymu zawiera cząsteczkę fosforanu ryboflawiny (lub mononukleotydu flawinowego, FMN). Zatem FMN jest związkiem zasady azotowej dimetyloizoalloksazyny z resztami pięciowęglowego alkoholu rybitolowego i kwasu fosforowego. FMN jest zdolny do przyjęcia i oddania dwóch atomów wodoru (H) przy atomach azotu (N) pierścienia izoalloksazyny.

Transferazy nazywane są enzymami transferowymi. Katalizują przeniesienie pojedynczych rodników, części cząsteczek i całych cząsteczek z jednego związku na drugi. Reakcje przeniesienia zwykle przebiegają w dwóch fazach. W pierwszej fazie enzym oddziela grupę atomową od substancji biorącej udział w reakcji i tworzy z nią związek złożony. W drugiej fazie enzym katalizuje dodanie grupy do innej substancji biorącej udział w reakcji i sam jest uwalniany w niezmienionym stanie. Klasa transferaz obejmuje około 500 pojedynczych enzymów. W zależności od tego, które grupy lub rodniki są przenoszone przez transferazy, wyróżnia się fosfotransferazy, aminotransferazy, glikozylotransferazy, acylotransferazy, metylotransferazy itp.

Fosfotransferazy (kinazy) to enzymy katalizujące przeniesienie reszt kwasu fosforowego (H2P03). Donorem reszt fosforanowych jest z reguły ATP. Grupy fosforanowe są przenoszone na alkohol, karboksyl, zawierające azot, zawierające fosfor i inne grupy związków organicznych. Do fosfotransferaz zalicza się wszechobecną heksokinazę, enzym przyspieszający przeniesienie reszty kwasu fosforowego z cząsteczki ATP do glukozy. Ta reakcja rozpoczyna przemianę glukozy w inne związki.

Glikozylotransferazy przyspieszają transfer reszt glikozylowych do cząsteczek monosacharydów, polisacharydów lub innych substancji. Są to enzymy, które zapewniają reakcje syntezy nowych cząsteczek węglowodanów; koenzymami glikozylotransferaz są cukier difosforanu nukleozydu (cukier NDP). Z nich w procesie syntezy oligosacharydów reszta glikozylowa jest przenoszona na monosacharyd. Obecnie znanych jest około pięćdziesięciu cukrów NDP. Są szeroko rozpowszechnione w przyrodzie, syntetyzowane z estrów fosforanowych monosacharydów i odpowiednich trifosforanów nukleozydów.

Acylotransferazy przenoszą reszty kwasu octowego CH3CO - a także inne reszty kwasów tłuszczowych na aminokwasy, aminy, alkohole i inne związki. Są to enzymy dwuskładnikowe, do których zalicza się koenzym A. Źródłem grup acylowych jest acylokoenzym A, który można uznać za aktywną grupę acylotransferaz. Podczas przenoszenia reszt kwasu octowego w reakcji bierze udział acetylokoenzym A.

Do klasy hydrolaz zaliczają się enzymy katalizujące hydrolizę, a czasami syntezę złożonych związków organicznych z udziałem wody.

Podklasa esteraz obejmuje enzymy przyspieszające reakcje hydrolizy estrów, alkoholi z kwasami organicznymi i nieorganicznymi.

Najważniejszymi podklasami esteraz są hydrolazy estrowe kwasy karboksylowe i fosfataza. Reakcje hydrolizy tłuszczów (trójglicerydów), w wyniku których uwalnia się glicerol i wyższe kwasy tłuszczowe, przyspieszane są przez lipazę hydrolazy estrów glicerolu. Rozróżnia się lipazy proste, które katalizują uwalnianie wyższych kwasów tłuszczowych z wolnych trójglicerydów, oraz lipazy lipoproteinowe, które hydrolizują lipidy związane z białkami. Lipazy to białka jednoskładnikowe o masie cząsteczkowej od 48 000 do 60 000. Lipaza drożdżowa została dobrze zbadana. Jego łańcuch polipeptydowy składa się z 430 reszt aminokwasowych i jest złożony w kulkę, w środku której znajduje się centrum aktywne enzymu. W centrum aktywnym lipazy wiodącą rolę odgrywają rodniki histydyny, seryny, kwasów dikarboksylowych i izoleucyny.

Aktywność lipaz jest regulowana poprzez ich fosforylację-defosforylację. Aktywne lipazy ulegają fosforylacji, nieaktywne ulegają defosforylacji.

Fosfatazy katalizują hydrolizę estrów fosforanowych. Fosfatazy działające na estry kwasu fosforowego i węglowodany są szeroko rozpowszechnione. Takie związki obejmują na przykład glukozo-6-fosforan, glukozo-1-fosfatazę, fruktozo-1,6-difosforan itp. Odpowiednie enzymy nazywane są glukozo-6-fosfatazą, glukozo-1-fosfatazą itp. Katalizują one eliminacja reszty kwasu fosforowego z estrów fosforowych:

Fosfatazy fosfodiestrowe - deoksyrybonukleaza i rybonukleaza katalizują rozszczepienie DNA i RNA do wolnych nukleotydów.

Do podklasy hydrolaz zalicza się glikozydazy przyspieszające hydrolizę glikozydów. Oprócz glikozydów zawierających reszty alkoholu jednowodorotlenowego w postaci aglikonów, substratami, na które działają glikozydazy, są oligo- i polisacharydy. Spośród glikozydaz działających na oligosacharydy najważniejsze są maltoza i sacharoza. Hydrolizują maltozę i sacharozę.

Spośród glikozydaz działających na polisacharydy najważniejsze są amylazy. Funkcja amylaza – brak absolutnej swoistości działania. Wszystkie amylazy są metaloproteinami zawierającymi Zn 2+ i Ca 2+ . Miejsca aktywne amylaz tworzą histydyna, kwasy asparaginowy i glutaminowy oraz rodniki tyrozyny. Ten ostatni pełni funkcję wiązania substratu, a pierwszy trikatalityczny. Amylazy przyspieszają reakcje hydrolizy wiązań glikozylowych w cząsteczce skrobi z utworzeniem glukozy, maltozy lub oligosacharydów.

Niemałe znaczenie mają celulaza, która katalizuje rozkład celulozy, inulaza, która rozkłada polisacharydową inulinę i aglukozydaza, która przekształca maltozę disacharydową w dwie cząsteczki glukozy. Niektóre glikozydazy mogą katalizować przeniesienie reszt glikozylowych i w tym przypadku nazywane są one transglikozydazami.

Proteazy (hydrolazy peptydowe) katalizują hydrolityczne rozszczepienie wiązań peptydowych CO-NH w białkach lub peptydach z wytworzeniem peptydów o mniejszej masie cząsteczkowej lub wolnych aminokwasów. Do hydrolaz peptydowych zalicza się endopeptydazy (proteinazy), które katalizują hydrolizę wiązań wewnętrznych w cząsteczce białka oraz egzopeptydazy (peptydazy), które zapewniają odszczepienie wolnych aminokwasów od łańcucha peptydowego.

Proteinazy dzielą się na cztery podklasy.

1. Proteinazy serynowe, centrum aktywne tych enzymów obejmuje resztę seryny. Sekwencja reszt aminokwasowych w miejscu łańcucha polipeptydowego w proteinazach serynowych jest taka sama: seria kwasu asparaginowego-glicyna. Grupa hydroksylowa seryny charakteryzuje się wysokimi procesami. Drugą aktywną grupą funkcyjną jest imidazol reszty histydyny, który aktywuje hydroksyl seryny w wyniku utworzenia wiązania wodorowego.

2. Proteinazy tiolowe (cysteinowe) mają resztę cysteinową w centrum aktywnym, grupy sulfhydrylowe i zjonizowaną grupę karboksylową mają aktywność enzymatyczną.

3. Proteinazy kwasowe (karboksylowe), optymalne pH<5, содержат радикалы дикарбоновых кислот в активном центре.

4. Proteinazy metali, ich działanie katalityczne wynika z obecności Mg 2+, Mn 2+, Co 2+, Zn 2+, Fe 2+ w centrum aktywnym. Siła wiązania między metalem a częścią białkową enzymu może być różna. Jony metali zawarte w centrum aktywnym biorą udział w tworzeniu kompleksów enzym-substrat i ułatwiają aktywację substratów.

Ważną cechą proteinaz jest selektywny charakter ich działania na wiązania peptydowe w cząsteczce białka. W rezultacie pojedyncze białko jest zawsze rozszczepiane pod wpływem określonej proteinazy na ściśle ograniczoną liczbę peptydów.

5. Hydrolazy peptydowe, które odszczepiają aminokwasy od peptydu, zaczynając od aminokwasu z wolną grupą NH2, nazywane są aminopeptydazami, te z wolną grupą COOH nazywane są karboksypeptydazami. Zakończ hydrolizę dipeptydazy białkowej, dzieląc dipeptydy na aminokwasy.

6. Amidazy katalizują hydrolityczne rozerwanie wiązania między węglem i azotem: deaminacja amin. Do tej grupy enzymów należy ureaza, która przeprowadza hydrolityczny rozkład mocznika. enzym utleniający

7. Ureaza - enzym jednoskładnikowy (M = 480 tys.). Cząsteczka jest kulą i składa się z ośmiu równych podjednostek. Ma absolutną specyficzność substratową, działa tylko na mocznik.

Należy zaznaczyć, że w celu wykrycia wolnych enzymów w glebie należy przede wszystkim uwolnić ją od organizmów żywych, czyli przeprowadzić całkowitą lub częściową sterylizację. Idealny czynnik sterylizujący glebę na potrzeby enzymologii powinien zabijać żywe komórki, nie naruszając ich struktury komórkowej, a jednocześnie nie oddziaływać na same enzymy. Trudno powiedzieć, czy wszystkie obecnie stosowane metody sterylizacji spełniają te wymagania. Najczęściej glebę na potrzeby enzymologii sterylizuje się przez dodanie toluenu jako środka antyseptycznego, przez traktowanie gleby tlenkiem etylenu lub, co jest obecnie coraz częściej praktykowane, poprzez zabijanie różnego rodzaju mikroorganizmów promieniowaniem jonizującym. Dalsza technika oznaczania właściwości katalitycznych gleby nie różni się od metod oznaczania aktywności enzymów pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego. Do gleby dodaje się substrat dla enzymu w określonym stężeniu i po inkubacji bada się produkty reakcji. Analizy wielu gleb przeprowadzone tą metodą wykazały, że zawierają one wolne enzymy o działaniu katalitycznym.

1.2 Aktywność enzymatyczna gleb

Aktywność enzymatyczna gleb [od łac. Fermentum - zakwas] - zdolność gleby do oddziaływania katalitycznego na procesy przemian egzogennych i własnych związków organicznych i mineralnych dzięki obecnym w niej enzymom. Charakteryzując aktywność enzymatyczną gleb, oznaczają one całkowity wskaźnik aktywności. Aktywność enzymatyczna różnych gleb nie jest taka sama i jest związana z ich cechami genetycznymi oraz zespołem oddziałujących na siebie czynników środowiskowych. O poziomie aktywności enzymatycznej gleby decyduje aktywność różnych enzymów (inwertazy, proteazy, ureazy, dehydrogenazy, katalaza, fosfatazy), wyrażona ilością rozłożonego substratu w jednostce czasu na 1 g gleby.

Aktywność biokatalityczna gleb zależy od stopnia ich wzbogacenia w mikroorganizmy oraz od rodzaju gleby. Aktywność enzymów różni się w zależności od horyzontów genetycznych, które różnią się zawartością próchnicy, rodzajami reakcji, potencjałem redoks i innymi parametrami w profilu.

Na glebach dziewiczych o intensywności reakcji enzymatycznych decydują przede wszystkim poziomy ściółki leśnej, a na glebach ornych warstwy orne. Wszystkie mniej aktywne biologicznie poziomy genetyczne poniżej poziomów A lub An mają niską aktywność enzymatyczną. Ich aktywność nieznacznie wzrasta wraz z uprawą gleby. Po zagospodarowaniu gleb leśnych na grunty orne aktywność enzymatyczna utworzonego horyzontu ornego gwałtownie maleje w porównaniu ze ściółką leśną, ale w miarę jej uprawy wzrasta, a na glebach silnie uprawianych zbliża się lub przewyższa ściółkę leśną.

Aktywność enzymatyczna odzwierciedla stan żyzności gleby oraz zmiany wewnętrzne zachodzące w trakcie użytkowania rolniczego i wzrostu poziomu kultury rolniczej. Zmiany te występują zarówno przy wprowadzaniu do uprawy gleb dziewiczych i leśnych, jak i przy ich różnorodnym użytkowaniu.

Na całej Białorusi na glebach ornych rocznie traci się do 0,9 t/ha próchnicy. W wyniku erozji co roku z pól usuwane jest bezpowrotnie 0,57 t/ha próchnicy. Przyczyną osuszania gleby jest wzmożona mineralizacja materii organicznej gleby, opóźniona w stosunku do procesów tworzenia się nowego próchnicy z mineralizacji na skutek niedostatecznego pobrania nawozów organicznych do gleby i spadku aktywności enzymatycznej gleby.

Przemiany biochemiczne materii organicznej gleby zachodzą w wyniku działania mikrobiologicznego pod wpływem enzymów. aktywność enzymatyczna mikroorganizm glebowy

Enzymy odgrywają szczególną rolę w życiu zwierząt, roślin i mikroorganizmów. Enzymy glebowe biorą udział w rozkładzie pozostałości roślinnych, zwierzęcych i mikrobiologicznych, a także w syntezie próchnicy. W rezultacie składniki odżywcze z trudnostrawnych związków przechodzą do form łatwo dostępnych dla roślin i mikroorganizmów. Enzymy charakteryzują się dużą aktywnością, ścisłą specyfiką działania i dużą zależnością od różnych warunków środowiskowych. Dzięki swojej funkcji katalitycznej umożliwiają szybki przebieg ogromnej liczby reakcji chemicznych w organizmie lub poza nim.

Aktywność enzymatyczna gleb, wraz z innymi kryteriami, może służyć jako wiarygodny wskaźnik diagnostyczny określający stopień uprawy gleby. W wyniku badań 4, s. 91 ustalono związek pomiędzy aktywnością procesów mikrobiologicznych i enzymatycznych a wdrażaniem działań zwiększających żyzność gleby. Uprawa gleby, nawożenie w znaczący sposób zmieniają środowisko ekologiczne dla rozwoju mikroorganizmów.

Obecnie w obiektach biologicznych odkryto kilka tysięcy pojedynczych enzymów, a kilkaset zostało wyizolowanych i zbadanych. Wiadomo, że żywa komórka może zawierać do 1000 różnych enzymów, z których każdy przyspiesza jedną lub drugą reakcję chemiczną.

Zainteresowanie zastosowaniem enzymów wynika także z faktu, że wymagania dotyczące zwiększenia bezpieczeństwa procesów technologicznych stale rosną. Obecne we wszystkich układach biologicznych, będąc zarówno produktami, jak i narzędziami tych układów, enzymy są syntetyzowane i funkcjonują w warunkach fizjologicznych (pH, temperatura, ciśnienie, obecność jonów nieorganicznych), po czym są łatwo wydalane, ulegając rozkładowi na aminokwasy . Zarówno produkty, jak i odpady większości procesów z udziałem enzymów są nietoksyczne i łatwo ulegają rozkładowi. Ponadto w wielu przypadkach enzymy stosowane w przemyśle pozyskiwane są w sposób przyjazny dla środowiska. Enzymy różnią się od katalizatorów niebiologicznych nie tylko bezpieczeństwem i zwiększoną biodegradowalnością, ale także specyfiką działania, łagodnymi warunkami reakcji i wysoką wydajnością. Skuteczność i specyficzność działania enzymów pozwala na otrzymanie docelowych produktów z dużą wydajnością, co sprawia, że zastosowanie enzymów w przemyśle jest opłacalne. Zastosowanie enzymów przyczynia się do zmniejszenia zużycia wody i energii w procesach technologicznych, zmniejsza emisję CO2 do atmosfery oraz zmniejsza ryzyko zanieczyszczenia środowiska produktami ubocznymi cykli technologicznych.

Dzięki zastosowaniu zaawansowanej technologii rolniczej możliwa jest zmiana w korzystnym kierunku procesów mikrobiologicznych nie tylko w ornych, ale także w podornych warstwach gleby.

Przy bezpośrednim udziale enzymów zewnątrzkomórkowych następuje rozkład związków organicznych gleby. Zatem enzymy proteolityczne rozkładają białka na aminokwasy.

Ureaza rozkłada mocznik na CO2 i NH3. Powstały amoniak i sole amonowe służą jako źródło pożywienia azotowego dla roślin i mikroorganizmów.

Inwertaza i amylaza biorą udział w rozkładzie węglowodanów. Enzymy z grupy fosforanowej rozkładają związki fosforoorganiczne w glebie i odgrywają ważną rolę w reżimie fosforanowym tej ostatniej.

Aby scharakteryzować ogólną aktywność enzymatyczną gleby, zwykle stosuje się najczęstsze enzymy charakterystyczne dla zdecydowanej większości mikroflory glebowej - inwertazę, katalazę, proteazę i inne.

W warunkach naszej republiki przeprowadzono wiele badań 16, s. 115 na temat badania zmian poziomu żyzności i aktywności enzymatycznej gleb pod wpływem antropogenicznym, jednak uzyskane dane nie dają wyczerpującej odpowiedzi na charakter tych zmian ze względu na trudność w porównaniu wyników wynikającą z różnicy w warunki eksperymentalne i metody badawcze.

W związku z tym poszukiwanie optymalnego rozwiązania problemu poprawy stanu próchnicznego gleby i jej aktywności enzymatycznej w określonych warunkach glebowo-klimatycznych w oparciu o rozwój oszczędzających zasoby metod podstawowej uprawy gleby i wykorzystanie nawozów glebowych Bardzo istotne są płodozmiany ochronne, które pomagają zachować strukturę, zapobiegają nadmiernemu zagęszczeniu gleby i poprawiają jej stan jakościowy oraz przywracają żyzność gleby przy minimalnych kosztach.

1.3 Podejścia metodologiczne do oznaczania enzymatycznegoaktywność gleby

1.3.1 Izolacja eksperymentalnatstronai mapowanie

Teren badawczy – część obszaru badawczego, charakteryzująca się podobnymi warunkami (rzeźba terenu, jednorodność struktury gleby i pokrywy roślinnej, charakter użytkowania gospodarczego).

Miejsce badań powinno znajdować się w lokalizacji typowej dla obszaru badań. Na powierzchni 100 mkw. m, kładzie się jedno stanowisko testowe o wielkości 25 m. W przypadku niejednorodności płaskorzeźby miejsca wybiera się zgodnie z elementami płaskorzeźby.

Nakreślają wstępny plan ułożenia odcinków głównych i półodcinków w taki sposób, aby charakteryzowały gleby wszystkich występujących form ukształtowania terenu i różnice w pokrywie glebowej.

Metodę pętlową stosuje się na obszarach o złożonym terenie i gęstej sieci geograficznej. Dzięki tej metodzie badany obszar dzieli się na odrębne, elementarne sektory, biorąc pod uwagę cechy zmian w rzeźbie lub sieci hydrograficznej. Sektor jest badany z jednego centrum, wykonując trasy pętlowe w kierunku promieniowym.

Biorąc pod uwagę cechy rzeźby i sieci hydrograficznej konkretnego obszaru, trasy badawcze można planować w sposób łączony, tj. część terenu badana jest metodą równoległych przekroczeń terytorium, a część metodą pętli.

Wzdłuż tras punkty ułożenia cięć są zaplanowane w taki sposób, aby pokryć wszystkie główne różnice w rzeźbie i roślinności, tj. odległości między odcinkami nie są ograniczone, dlatego w niektórych, z reguły trudnych w reliefie miejscach, odcinki mogą być gęstsze, natomiast w innych, stosunkowo jednorodnych obszarach, lokalizacja odcinków może być rzadka.

Następnie następują prace związane z kartowaniem gleby i szczegółowym badaniem gleb, zaczynając od rozpoznania stanowiska (kwatery). Podczas rekonesansu zapoznają się z granicami terenu i ogólnie z obiektem badań, który jest omijany wzdłuż polan, zabytków i dróg. W najbardziej charakterystycznych miejscach układane są nacięcia, których położenie nanoszone jest na plan. Zgodnie z wynikami badań rozpoznawczych, ostatecznie korygowane są trasy i miejsca układania wykopów.

Po badaniu rozpoznawczym przystępują do samego badania, podczas którego konieczne jest posiadanie planu ułożenia odcinków gleby oraz czystej kopii zarysu opisu podatkowego. Ogólną koncepcję odmian gleby i wstępne oznaczenia granic konturów gleby uzyskuje się na podstawie badań sekcji głównej i kontrolnej. Wyjaśnienie granic rozkładu konturu gleby odbywa się za pomocą kopania. Jednocześnie w dzienniku polowym dla każdej sekcji wypełnia się formularz opisu sekcji glebowej. Po ułożeniu i połączeniu odcinków przeprowadza się badania terenowe rozmieszczenia gleb w celu ustalenia klasyfikacji danej gleby. Na podstawie wyników badań terenowych pokrywy glebowej i wszystkich pozostałych elementów krajobrazu jako kontur gleby wyróżnia się obszar odrębny, stosunkowo jednorodny lub monotonnie-ubarwiony.

Podstawą identyfikacji granic między konturami różnych gleb jest identyfikacja wzorów między glebami, rzeźbą terenu i roślinnością. Zmiany czynników glebotwórczych prowadzą do zmian w pokrywie glebowej. Przy wyraźnej zmianie rzeźby terenu, formacji roślinnych i skał macierzystych granice różnic glebowych pokrywają się z granicami na terenie. Z kolei łatwość ustalenia granic na mapie i dokładność identyfikacji konturów gleby zależą od dokładności podstawy topograficznej. Jednak w naturze najczęściej mamy do czynienia z niejasnymi granicami, stopniowym przejściem. W takim przypadku, aby ustalić granice konturów gleby, wymagane jest ułożenie dużej liczby dołów, a także bogate doświadczenie praktyczne i dobre umiejętności obserwacji. Wykonując pomiary właściwe w terenie, na podstawie planu skopiowanego z planu podatkowego sporządza się zarys gleby badanego obszaru.

Należy pamiętać, że nie ma ścisłych granic między różnicami glebowymi w przyrodzie, ponieważ zastąpienie jednej różnicy gleby inną następuje stopniowo poprzez akumulację niektórych cech i utratę innych. Dlatego geodezja pozwala jedynie w mniejszym lub większym stopniu przekazać schematyczne zarysy rozmieszczenia konturów gleby, a dokładność określenia ich granic zależy od skali badania, rodzaju gleby i innych warunków. Minimalne wymiary konturów gleby podlegające obowiązkowej identyfikacji na mapie gleby określają normy techniczne.

1.3.2 Cechy doboru i przygotowania próbek gleby do analizy

Aby prawidłowo określić zawartość konkretnej substancji w glebie, wszelkie analizy agrochemiczne muszą być wykonywane z nienaganną dokładnością i dokładnością. Jednak nawet bardzo dokładna analiza da niewiarygodne wyniki, jeśli gleba nie zostanie pobrana prawidłowo.

Ponieważ próbka do analizy jest pobierana bardzo mała, a wyniki oznaczeń powinny dawać obiektywną charakterystykę dużych ilości materiału, przy pobieraniu próbek gleby zwraca się uwagę na eliminację niejednorodności. Uśrednianie próbek gleby osiąga się poprzez stopniowy dobór próbek początkowych, laboratoryjnych i analitycznych.

Mieszana próbka początkowa musi składać się z pojedynczych próbek (próbek oryginalnych) pobranych w obrębie tej samej różnicy gleb. Jeśli teren ma złożoną pokrywę glebową, nie można pobrać pojedynczej średniej próbki. Powinno ich być tyle, ile jest różnic w glebie.

W zależności od konfiguracji stanowiska, lokalizacja punktów pobierania na nim próbek wstępnych jest różna. Na wąskim, wydłużonym odcinku można je umieścić wzdłuż (w środku). Na obszarze szerokim, zbliżonym do kwadratu, lepsze jest naprzemienne rozmieszczenie punktów poboru próbek. Na dużych powierzchniach pobiera się próbki gleby wzdłuż długości działki, w jej środku, w ilości do 20 szt.

Pobraną wstępną próbkę gleby dokładnie wymieszaj na kawałku plandeki, konsekwentnie uśrednij i zmniejsz do żądanej objętości, a następnie wsyp do czystego worka lub pudełka. Jest to próbka laboratoryjna, jej masa wynosi około 400 g.

Na pudełku z próbką laboratoryjną umieszcza się naklejkę ze sklejki lub tektury napisaną ołówkiem i zawierającą informację:

1. Nazwy obiektu.

2. Nazwy witryn.

3. Numery działek.

4. Głębokość selekcji.

5. Numery próbek.

6. Nazwiska osoby, która nadzorowała prace lub pobierała próbkę.

7. Daty pracy.

Jednocześnie dokonuje się tego samego wpisu w dzienniku.

Próbkę gleby dostarczoną z miejsca w laboratorium wylewa się na gruby papier lub arkusz czystej sklejki i zagniata się rękami wszystkie zbrylone grudki. Następnie obce wtrącenia wybiera się pęsetą, gleba jest dobrze wymieszana i lekko zmiażdżona. Po takim przygotowaniu próbkę laboratoryjną ponownie rozsypuje się do stanu suchego na powietrzu, następnie rozgniata i przepuszcza przez sito o średnicy 2 mm.

Pomieszczenie do suszenia gleby musi być suche i chronione przed dostępem amoniaku, kwaśnych oparów i innych gazów.

Aby określić aktywność enzymatyczną, zwykle pobiera się glebę wysuszoną na świeżym powietrzu; Mokre próbki należy suszyć w laboratorium w temperaturze pokojowej. Należy zadbać o to, aby próbka nie zawierała nierozłożonych resztek roślinnych. Grudki gleby rozdrabnia się i przesiewa przez sito o wielkości oczek 1 mm. Badając aktywność enzymatyczną świeżej (mokrej) próbki, jeszcze większą uwagę należy zwrócić na całkowite usunięcie resztek roślinnych. Równolegle z badaniem aktywności określa się również wilgotność gleby, uzyskany wynik przelicza się na 1 g absolutnie suchej gleby.

1.4 Wpływ różnych czynnikówna aktywność enzymatyczną gleb

Ważnym czynnikiem, od którego zależy szybkość reakcji enzymatycznej (i aktywność katalityczna enzymu) jest temperatura, której wpływ pokazano na rysunku 1. Z rysunku widać, że wraz ze wzrostem temperatury do określonej wartości, szybkość reakcji wzrasta. Można to wytłumaczyć faktem, że wraz ze wzrostem temperatury ruch cząsteczek przyspiesza, a cząsteczki reagujących substancji mają większą szansę na zderzenie się ze sobą. Zwiększa to prawdopodobieństwo wystąpienia reakcji między nimi. Temperaturę, która zapewnia największą szybkość reakcji, nazywa się temperaturą optymalną.

Każdy enzym ma swoją optymalną temperaturę. Generalnie dla enzymów pochodzenia zwierzęcego mieści się ona w przedziale od 37 do 40°C, a dla roślin pomiędzy 40 a 50°C. Są jednak wyjątki: b-amylaza z kiełkującego ziarna ma optymalną temperaturę 60°C, a katalaza – w granicach 0-10°C. Gdy temperatura wzrasta powyżej optymalnej, szybkość reakcji enzymatycznej maleje, chociaż wzrasta częstotliwość zderzeń molekularnych. Dzieje się tak na skutek denaturacji, tj. utrata stanu natywnego enzymu. W temperaturach powyżej 80°C większość enzymów całkowicie traci swoją aktywność katalityczną.

Spadek szybkości reakcji enzymatycznej w temperaturach powyżej optymalnej zależy od denaturacji enzymu. Dlatego ważnym wskaźnikiem charakteryzującym stosunek enzymu do temperatury jest jego termolabilność, tj. szybkość inaktywacji samego enzymu wraz ze wzrostem temperatury.

Rycina 1 - Wpływ temperatury na szybkość hydrolizy skrobi przez amylazę

W niskich temperaturach (0C i poniżej) aktywność katalityczna enzymów spada prawie do zera, ale denaturacja nie zachodzi. Wraz ze wzrostem temperatury ich aktywność katalityczna zostaje ponownie przywrócona.

Na aktywność enzymatyczną gleb wpływa także wilgotność, zawartość mikroorganizmów i stan ekologiczny gleb.

1.5 Zmiany zbiorowisk mikroorganizmów w glebie

Mikroorganizmy glebowe są bardzo liczne i różnorodne. Należą do nich bakterie, promieniowce, mikroskopijne grzyby i glony, pierwotniaki i istoty żywe zbliżone do tych grup.

Cykl biologiczny w glebie odbywa się przy udziale różnych grup mikroorganizmów. W zależności od rodzaju gleby zawartość mikroorganizmów jest różna. W glebach ogrodowych, ogrodniczych, ornych na 1 g gleby przypada od miliona do kilku miliardów mikroorganizmów. Gleba każdej działki ogrodowej zawiera własne mikroorganizmy. Biorą udział swoją biomasą w akumulacji materii organicznej w glebie. Odgrywają ogromną rolę w kształtowaniu dostępnych dla roślin form żywienia mineralnego. Znaczenie mikroorganizmów w akumulacji w glebie substancji biologicznie czynnych, takich jak auksyny, gibereliny, witaminy, aminokwasy, które stymulują wzrost i rozwój roślin, jest wyjątkowo duże. Mikroorganizmy tworzące śluz o charakterze polisacharydowym, a także duża liczba włókien grzybowych, biorą czynny udział w tworzeniu struktury gleby, sklejając pyliste cząstki gleby w agregaty, poprawiając w ten sposób reżim wodno-powietrzny gleby.

Aktywność biologiczna gleby, liczba i aktywność mikroorganizmów glebowych są ściśle powiązane z zawartością i składem materii organicznej. Jednocześnie najważniejsze procesy kształtowania żyzności gleby, takie jak mineralizacja resztek roślinnych, humifikacja, dynamika składników składników mineralnych, odczyn roztworów glebowych, przemiany różnych substancji zanieczyszczających w glebie, stopień akumulacji pestycydy w roślinach, kumulacja substancji toksycznych w glebie i zjawisko zmęczenia gleby. Ogromną rolę sanitarno-higieniczną mikroorganizmów pełnią także w przemianach i neutralizacji związków metali ciężkich.

Obiecującym kierunkiem przywracania i utrzymania żyzności oraz intensyfikacji biologicznej rolnictwa jest wykorzystanie organicznych produktów przetwarzania odpadów z udziałem wermikompostów dżdżownic, które pozostają w symbiozie z mikroorganizmami. W glebach naturalnych rozkład ściółki przeprowadzają dżdżownice, koprofagi i inne organizmy. Ale w proces ten zaangażowane są również mikroorganizmy. W jelitach robaków tworzone są dla nich korzystniejsze warunki do wykonywania jakichkolwiek funkcji niż w glebie. Dżdżownice w sojuszu z mikroorganizmami przekształcają różne odpady organiczne w wysoce skuteczne nawozy biologiczne o dobrej strukturze, wzbogacone o makro- i mikroelementy, enzymy, aktywną mikroflorę, zapewniając długotrwałe (długotrwałe, stopniowe) działanie na rośliny.

Zatem zapewniając rozwój mikroorganizmów w glebie, zwiększa się plon i poprawia się jego jakość. W końcu rozwijają się mikroorganizmy, tj. dzielić co 20-30 minut i przy wystarczającym odżywianiu tworzyć dużą biomasę. Jeśli byk o wadze 500 kg dziennie tworzy 0,5 kg - 1 kg, wówczas 500 kg mikroorganizmów dziennie stanowi biomasę, a 500 kg roślin tworzy 5 ton biomasy. Dlaczego nie obserwuje się tego w glebie? A ponieważ do tego mikroorganizmy potrzebują pożywienia, a z drugiej strony ograniczają je różne czynniki, w szczególności pestycydy. Na powierzchni 1 ha w wyniku żywotnej działalności drobnoustrojów glebowych w ciągu roku uwalnia się 7500 m3 dwutlenku węgla. A dwutlenek węgla jest niezbędny zarówno jako źródło pożywienia dla roślin, jak i do rozpuszczania trudno dostępnych soli kwasu fosforowego i przekształcania fosforu w formę dostępną do odżywiania roślin. Te. tam, gdzie dobrze funkcjonują mikroorganizmy, nie ma potrzeby stosowania nawozów fosforowych. Ale same mikroorganizmy potrzebują materii organicznej.

W bilansie materii organicznej gleby dużą rolę odgrywają rośliny uprawne. Akumulację próchnicy w glebie ułatwiają wieloletnie trawy, zwłaszcza rośliny strączkowe. Po zbiorze fitomasa pozostaje w glebie, która jest wzbogacona w azot w wyniku wiązania przez bakterie brodawkowe z powietrza. Uprawy rzędowe i warzywne (ziemniaki, kapusta itp.) zmniejszają zawartość próchnicy w glebie, ponieważ pozostawiają w glebie niewielką ilość resztek roślinnych, a zastosowany system głębokiej uprawy zapewnia intensywne dotlenienie warstwy ornej i w efekcie zapewnia silną mineralizację materii organicznej, tj. jego strata.

Analizując gleby często bierze się pod uwagę liczbę poszczególnych grup fizjologicznych mikroorganizmów. Dokonuje się tego za pomocą tzw. metody miana, w której płynne, selektywne (wybiórcze) pożywki dla określonych grup mikroorganizmów zanieczyszcza się różnymi rozcieńczeniami zawiesiny glebowej. Ustalając stopień rozcieńczenia po przetrzymaniu w termostacie, który wykazał obecność pożądanej grupy mikroorganizmów, można następnie w drodze prostego przeliczenia określić liczbę jej przedstawicieli w glebie. W ten sposób dowiadują się, jak bogata jest gleba w nitryfikatory, denitryfikatory, mikroorganizmy rozkładające celulozę i inne mikroorganizmy.

Aby scharakteryzować rodzaj gleby i jej stan, ważne są nie tylko wskaźniki liczebności różnych grup mikroorganizmów, ale także analiza stanu w glebie poszczególnych ich gatunków. Z nielicznymi wyjątkami nawet fizjologiczne grupy mikroorganizmów są bardzo szerokie. Środowisko zewnętrzne może drastycznie zmienić skład gatunkowy mikroorganizmów glebowych, ale ma niewielki lub żaden wpływ na liczbę ich grup fizjologicznych. Dlatego też analizując glebę należy dążyć do ustalenia stanu poszczególnych typów mikroorganizmów.

Wśród mikroorganizmów glebowych występują przedstawiciele różnych jednostek systematycznych, które potrafią przyswajać nie tylko łatwo przyswajalne związki organiczne, ale także bardziej złożone substancje o charakterze aromatycznym, do których zaliczają się takie związki charakterystyczne dla gleby, jak substancje humusowe.

Wszystkie gleby na Ziemi powstały z bardzo różnorodnych skał wydobywających się na powierzchnię, które zwykle nazywane są skałami macierzystymi. Luźne skały osadowe pełnią głównie funkcję skał glebotwórczych, gdyż skały magmowe i metamorficzne stosunkowo rzadko wychodzą na powierzchnię.

Założyciel naukowej nauki o glebie W. W. Dokuczajew uważał glebę za szczególny organizm przyrody, tak charakterystyczny jak roślina, zwierzę czy minerał. Zwrócił uwagę, że różne gleby powstają w różnych warunkach i że zmieniają się w czasie. Według V. V. Dokuchaeva glebę należy nazwać „dzienną”, czyli powierzchniowymi poziomami skał, naturalnie zmienianymi pod wpływem wielu czynników. Rodzaj gleby zależy od: a) skały macierzystej, b) klimatu, c) roślinności, d) rzeźby terenu oraz e) wieku procesu glebotwórczego.

Rozwijając naukowe podstawy gleboznawstwa, V. V. Dokuchaev zauważył ogromną rolę organizmów żywych, a zwłaszcza mikroorganizmów, w tworzeniu gleby.

Okres twórczości V. V. Dokuchaeva zbiegł się z czasem wielkich odkryć L. Pasteura, które ukazały ogromne znaczenie mikroorganizmów w przemianie różnych substancji i procesie zakaźnym. Pod koniec ubiegłego i na początku obecnego stulecia dokonano szeregu ważnych odkryć z zakresu mikrobiologii, które miały fundamentalne znaczenie dla gleboznawstwa i rolnictwa. Stwierdzono w szczególności, że gleba zawiera ogromną liczbę różnych mikroorganizmów. Dało to powód do zastanowienia się nad zasadniczą rolą czynnika mikrobiologicznego w tworzeniu i życiu gleby.

Równolegle z V. V. Dokuchaevem pracował inny wybitny gleboznawca P. A. Kostychev 24, s. 72. W monografii „Gleby czarnoziemskiego regionu Rosji, ich pochodzenie, skład i właściwości” (1886) napisał, że geologia ma drugorzędne znaczenie w kwestii czarnoziemu, ponieważ akumulacja materii organicznej zachodzi w górnych warstwach ziemi, zróżnicowanej geologicznie, i czarnoziemu, to kwestia geografii roślin wyższych i kwestia fizjologii roślin niższych rozkładających materię organiczną. PA Kostychev przeprowadził szereg eksperymentów mających na celu wyjaśnienie roli poszczególnych grup mikroorganizmów w tworzeniu próchnicy glebowej.

Wielki wkład w koncepcję roli czynnika biologicznego w przemianie Ziemi i procesie powstawania gleby wniósł akademik V. I. Wernadski, uczeń V. W. Dokuchajewa. Uważał, że głównym czynnikiem migracji pierwiastków chemicznych w górnej części skorupy ziemskiej są organizmy. Ich działanie wpływa nie tylko na substancje organiczne, ale także mineralne gleby i warstw podglebia.

Już od początkowych etapów przemiany skał w glebę bardzo wyraźnie widać rolę mikroorganizmów w procesach wietrzenia minerałów. Wybitni naukowcy V. I. Vernadsky i B. B. Polynov rozważali wietrzenie skał w wyniku działalności roślin, głównie organizmów niższych. Do chwili obecnej ten punkt widzenia został potwierdzony dużą ilością materiału doświadczalnego.

Zwykle pierwszymi osadnikami skał są porosty łuskowate, które tworzą płytki przypominające liście, pod którymi gromadzi się niewielka ilość drobnej ziemi. Porosty z reguły żyją w symbiozie z bakteriami saprofitycznymi nie tworzącymi zarodników.

W stosunku do wielu pierwiastków porosty pełnią rolę ich akumulatorów. W drobnej ziemi pod roślinnością litofilną gwałtownie wzrasta ilość materii organicznej, fosforu, tlenku żelaza, wapnia i magnezu.

Wśród innych organizmów roślinnych zasiedlających skały macierzyste należy wymienić mikroskopijne glony, zwłaszcza niebieskozielone i okrzemki. Przyspieszają wietrzenie glinokrzemianów i zwykle żyją w połączeniu z bakteriami nie tworzącymi przetrwalników.

Glony odgrywają oczywiście znaczącą rolę jako autotroficzne akumulatory substancji organicznych, bez których energiczna działalność mikroorganizmów saprofitycznych nie może przebiegać. Te ostatnie wytwarzają różne związki powodujące wietrzenie minerałów. Wiele niebiesko-zielonych alg wiąże azot i wzbogaca zniszczalną skałę tym pierwiastkiem.

Główną rolę w procesie wietrzenia odgrywają prawdopodobnie dwutlenek węgla oraz kwasy mineralne i organiczne wytwarzane przez różne mikroorganizmy. Istnieją przesłanki, że niektóre ketokwasy mają silne działanie rozpuszczające. Nie wyklucza się możliwości udziału w wietrzeniu związków humusowych.

Należy zaznaczyć, że wiele bakterii tworzy śluz, który ułatwia bliski kontakt mikroorganizmów ze skałą. Zniszczenie tego ostatniego następuje zarówno pod wpływem produktów życiowej aktywności mikroorganizmów, jak i w wyniku tworzenia się złożonych związków między substancją śluzu a pierwiastkami chemicznymi tworzącymi sieci krystaliczne minerałów. Wietrzenie skał w przyrodzie należy rozpatrywać jako jedność dwóch przeciwstawnych procesów - rozpadu minerałów pierwotnych i powstawania minerałów wtórnych. Nowe minerały mogą powstać, gdy metabolity drobnoustrojów wchodzą ze sobą w interakcję.

...

Podobne dokumenty

Badanie warunków ekologicznych, strefowych i wewnątrzstrefowych czynników glebotwórczych. Charakterystyka budowy profili glebowych, skład granulometryczny, właściwości fizykochemiczne i wodno-fizyczne gleb, kształtowanie się typów gleb agroekologicznych.

praca semestralna, dodana 14.09.2011

Charakterystyka elementów morfologicznych i cech gleby. Rodzaje struktury profilu glebowego. System symboli oznaczania genetycznych poziomów glebowych. Wpływ składu chemicznego na barwę gleby. Klasyfikacja nowotworów i inkluzji glebowych.

streszczenie, dodano 22.12.2013

Warunki naturalne i czynniki glebotwórcze. Systematyczne zestawienie głównych typów gleb i ich cech morfologicznych. Właściwości wodnofizyczne gleb, ich skład granulometryczny, kruszywowy i chemiczny, gęstość nasypowa. Metody ochrony gleby.

praca semestralna, dodana 02.07.2010

Stan fizjologiczny wiążących azot w typach gleb, ocena ich zdolności adaptacyjnych. Analiza próbek gleby pobranych w rejonach obwodu Niżnego Nowogrodu. Identyfikacja szczepów rodzaju Azotobacter na podstawie cech kulturowych i fizjologicznych.

praca magisterska, dodana 15.02.2014

Czynniki i procesy powstawania gleb, struktura pokrywy glebowej obiektu badań, główne typy gleb. Szczegółowa charakterystyka konturów gleby, ich stosunek na badanym obszarze. Ocena żyzności gleby i jej znaczenia hodowlanego.

praca semestralna, dodana 11.12.2010

Populacja strzępek Ophiobolus przez eubakterie, promieniowce i grzyby w glebach naturalnych. Aktywność antybiotykowa niektórych szczególnie produktywnych grzybów w stosunku do innych grzybów. Zakażenie owadami żyjącymi w glebie, skład bakterii w glebie.

streszczenie, dodano 07.03.2011

Naturalne warunki powstawania gleb: klimat, topografia, skały macierzyste, roślinność, hydrologia i hydrografia. Środki poprawiające żyzność gleby, zalecenia dotyczące ich stosowania. Grupowanie i klasyfikacja rolnicza gleb.

praca semestralna, dodana 22.06.2013

Wpływ skał, klimatu, rzeźby terenu, roślinności na powstawanie gleb. Skład granulometryczny, właściwości fizyczne, reżim wodny gleb ornych. Wyznaczanie wskaźnika glebowo-ekologicznego. Główne środki poprawy żyzności gleby w agrogrupach.

praca semestralna, dodana 25.05.2012

Właściwości gleb zasolonych, ich powstawanie. Warunki gromadzenia się soli w glebach. Intensywność roślinności. Źródła łatwo rozpuszczalnych soli. Rozmieszczenie gleb zasolonych. Ekspresja gleb zasolonych w systematyce, horyzonty diagnostyczne.

streszczenie, dodano 30.03.2014

Badanie wpływu upraw rolniczych na skład i dynamikę roztworów glebowych. Rozmieszczenie szarych gleb leśnych, cechy genezy, diagnostyka, właściwości, klasyfikacja, zastosowanie. Zawartość i skład materii organicznej gleby.

Wprowadzenie...3

1. Przegląd literatury...5

1.1 Pojęcie aktywności enzymatycznej gleb… 5

1.2 Wpływ metali ciężkich na aktywność enzymatyczną

1.3. Wpływ środków agrochemicznych na aktywność enzymatyczną gleb... 23

2. Część doświadczalna...32

2.1 Przedmioty, metody i warunki prowadzenia badań… 32

2.2. Wpływ środowisk agrochemicznych na aktywność enzymatyczną gleby bielicowo-bielicowej zanieczyszczonej ołowiem...34

2.2.1. Charakterystyka agrochemiczna gleby skażonej ołowiem i jej zawartość w glebie doświadczenia... 34

2.2.2. Wpływ tła agrochemicznego na plonowanie zbóż jarych w fazie kłosowania na glebie zanieczyszczonej ołowiem...41

2.2.3. Wpływ tła agrochemicznego na aktywność enzymatyczną gleby zanieczyszczonej ołowiem...43

2.3. Wpływ środowisk agrochemicznych na aktywność enzymatyczną gleby bielicowo-bielicowej zanieczyszczonej kadmem...54

2.3.1. Charakterystyka agrochemiczna gleby skażonej kadmem i jego zawartość w glebie doświadczenia... 54

2.3.2. Wpływ tła agrochemicznego na plonowanie zbóż jarych w fazie kłoszenia na glebie zanieczyszczonej kadmem...60

2.3.3. Wpływ tła agrochemicznego na aktywność enzymatyczną gleby zanieczyszczonej kadmem...62

2.4. Wpływ środowisk agrochemicznych na aktywność enzymatyczną gleby bielicowo-bielicowej zanieczyszczonej cynkiem...69

2.4.1. Charakterystyka agrochemiczna gleby zanieczyszczonej cynkiem i jego zawartość w glebie doświadczenia... 69

2.4.2. Wpływ tła agrochemicznego na plonowanie zbóż jarych w fazie kłoszenia na glebie zanieczyszczonej cynkiem...75

2.4.3. Wpływ tła agrochemicznego na aktywność enzymatyczną

gleba skażona cynkiem...76

2.5. Wpływ środowisk agrochemicznych na aktywność enzymatyczną gleby bielicowo-bielicowej zanieczyszczonej miedzią...82

2.5.1. Charakterystyka agrochemiczna gleby zanieczyszczonej miedzią i jej zawartością w glebie doświadczenia… 83

2.5.2. Wpływ tła agrochemicznego na plonowanie zbóż jarych w fazie kłoszenia na glebie zanieczyszczonej miedzią...89

2.5.3. Wpływ tła agrochemicznego na aktywność enzymatyczną

gleba zanieczyszczona miedzią...90

Wniosek...96

Wnioski...99

Referencje...101

Aplikacja

Wstęp

Wstęp.

Zastosowanie środków agrochemicznych w agroekosystemie jest najważniejszym warunkiem rozwoju współczesnego rolnictwa. Jest to podyktowane koniecznością utrzymania i poprawy poziomu żyzności gleby, a w efekcie uzyskania wysokich i stabilnych plonów.

Środki agrochemiczne pełnią w agrocenozie szereg funkcji ekologicznych (Mineev, 2000). Jedną z najważniejszych funkcji agrochemii jest ograniczanie negatywnych skutków lokalnego i globalnego zanieczyszczenia technogennego agroekosystemów metalami ciężkimi (HM) i innymi pierwiastkami toksycznymi.

Środki agrochemiczne ograniczają negatywny wpływ HM na kilka sposobów, w tym na ich inaktywację w glebie i wzmocnienie fizjologicznych funkcji barierowych roślin, które zapobiegają przedostawaniu się HM do nich. Jeśli w literaturze znajduje się wiele informacji na temat inaktywacji HM w glebie (Ilyin, 1982 itd., Obuchow, 1992, Alekseev, 1987 itd.), to istnieją pojedyncze badania dotyczące wzmocnienia bariery funkcje roślin. Ze względu na wzmocnienie fizjologicznych funkcji barierowych pod wpływem środków agrochemicznych, znacznie mniej HM przedostaje się do roślin w tej samej zawartości na różnych podłożach agrochemicznych (Solov'eva, 2002). Wzmocnieniu funkcji barierowych towarzyszy optymalizacja odżywiania roślin, a w efekcie poprawa sytuacji biologicznej w glebie.

Ta funkcja ekologiczna, a mianowicie poprawa aktywności biologicznej i struktury cenozy mikrobiologicznej gleby zanieczyszczonej HM pod wpływem środków agrochemicznych, nie ma jeszcze wystarczającego uzasadnienia doświadczalnego.

Wiadomo, że niektóre wskaźniki aktywności biologicznej w przypadku wystąpienia sytuacji stresowej w glebie zmieniają się wcześniej

inne cechy gleby, na przykład agrochemiczne (Zwiagincew, 1989, Lebiediewa, 1984). Jednym z takich wskaźników jest aktywność enzymatyczna gleby. Liczne badania wykazały negatywny wpływ metali ciężkich na aktywność enzymów. Jednocześnie wiadomo, że środki agrochemiczne działają ochronnie na aktywność enzymatyczną gleby. Próbowaliśmy podejść do tego problemu kompleksowo i ustalić, czy właściwości ochrony środowiska środków agrochemicznych przejawiają się w odniesieniu do aktywności enzymatycznej gleby zanieczyszczonej metalami biogennymi i abiogennymi. Tę stronę środków agrochemicznych można wykryć tylko wtedy, gdy w różnych wariantach doświadczenia występuje ta sama ilość HM, a jest to możliwe tylko przy tych samych wskaźnikach kwasowości gleby. W literaturze nie udało nam się znaleźć takich danych eksperymentalnych.

1. PRZEGLĄD LITERATURY

1.1. Pojęcie aktywności enzymatycznej gleb.

Wszystkie procesy biologiczne związane z przemianą substancji i energii w glebie realizowane są przy pomocy enzymów, które odgrywają ważną rolę w mobilizacji składników pokarmowych roślin, a także określaniu intensywności i kierunku najważniejszych procesów biochemicznych związanych z glebą. synteza i rozkład próchnicy, hydroliza związków organicznych i reżim redoks gleby (1976; 1979 i in.).

Powstawanie i funkcjonowanie aktywności enzymatycznej gleby jest procesem złożonym i wieloczynnikowym. Według koncepcji systemowo-ekologicznej jest to całość zdeterminowanych ekologicznie procesów wnikania, stabilizacji i manifestacji aktywności enzymatycznej w glebie (Khaziev, 1991). Te trzy ogniwa definiuje się jako bloki produkcji, immobilizacji i działania enzymów (Khaziev, 1962).

Enzymy występujące w glebie są produktami przemiany materii biocenozy glebowej, jednak opinie na temat udziału poszczególnych składników w ich akumulacji są sprzeczne. Wielu badaczy (Kozlov, 1964, 1966, 1967; Krasilnikov, 1958 i in.) uważa, że główną rolę we wzbogacaniu gleby w enzymy odgrywają wydzieliny korzeni roślin, inni (Katsnelson, Ershov, 1958 i in.) .) - zwierzęta glebowe, większość (Galstyan, 1963; Peive, 1961; Zwiagincew, 1979; Kozlov, 1966; Drobnik, 1955; Hofmann i Seegerer, 1951; Seegerer, 1953; Hofmann i Hoffmann, 1955, 1961; Kiss i in. ., 1958, 1964, 197 1; Sequi, 1974 i in.) uważają, że na pulę enzymatyczną gleby składają się enzymy wewnątrzkomórkowe i zewnątrzkomórkowe, głównie pochodzenia mikrobiologicznego.

Enzymy glebowe biorą udział w rozkładzie pozostałości roślinnych, zwierzęcych i mikrobiologicznych, a także w syntezie próchnicy. W wyniku procesów enzymatycznych powstają składniki odżywcze z ciężkostrawnych składników

związki ulegają przemianie w formy łatwo dostępne dla roślin i mikroorganizmów. Enzymy wyróżniają się wyjątkowo dużą aktywnością, ścisłą specyfiką działania i dużą zależnością od różnych warunków środowiskowych. Ta ostatnia cecha ma ogromne znaczenie w regulacji ich aktywności w glebie (Khaziev, 1982 i

Aktywność enzymatyczna gleb według (1979)

jest zrobione z:

a) enzymy unieruchomione zewnątrzkomórkowo;

b) wolne enzymy zewnątrzkomórkowe;

c) enzymy wewnątrzkomórkowe martwych komórek;

d) enzymy wewnątrzkomórkowe i zewnątrzkomórkowe powstałe w sztucznych warunkach doświadczenia i nietypowe dla tej gleby.

Ustalono, że każdy enzym działa tylko na dobrze określoną substancję lub podobną grupę substancji i dobrze określony rodzaj wiązania chemicznego. Wynika to z ich ścisłej specyfiki.

Ze względu na swój charakter biochemiczny wszystkie enzymy są wielkocząsteczkowymi substancjami białkowymi. Łańcuch polipeptydowy białek – enzymów jest umiejscowiony w przestrzeni w sposób niezwykle złożony, unikalny dla każdego enzymu. Z pewnym rozmieszczeniem przestrzennym grup funkcyjnych aminokwasów w cząsteczkach6).

Kataliza enzymatyczna rozpoczyna się od utworzenia aktywnego związku pośredniego, kompleksu enzym-substrat. Kompleks powstaje w wyniku przyłączenia cząsteczki substratu do katalitycznie aktywnego miejsca enzymu. W tym przypadku konfiguracje przestrzenne cząsteczek substratu są nieco zmodyfikowane. nowy zorientowany

umieszczenie reagujących cząsteczek na enzymie zapewnia wysoką skuteczność reakcji enzymatycznych, które zmniejszają energię aktywacji (Khaziev, 1962).

Za aktywność katalityczną enzymu odpowiada nie tylko centrum aktywne enzymu, ale także cała struktura cząsteczki jako całości. Szybkość reakcji enzymatycznej jest regulowana przez wiele czynników: temperaturę, pH, stężenie enzymu i substratu oraz obecność aktywatorów i inhibitorów. Aktywatorami mogą być związki organiczne, ale częściej różne mikroelementy (Kuprevich, Shcherbakova, 1966).

Gleba ma zdolność regulowania zachodzących w niej procesów enzymatycznych w związku ze zmianami czynników wewnętrznych i zewnętrznych poprzez regulację czynnikową lub allosteryczną (Galstyan 1974, 1975). Pod wpływem wprowadzonych do gleby związków chemicznych, w tym nawozów, następuje regulacja allosteryczna. Regulacja czynników wynika z kwasowości środowiska (pH), składu chemicznego i fizycznego, temperatury, wilgotności, reżimu wodno-powietrznego itp. Wpływ specyfiki gleby, zawartości próchnicy i biomasy oraz innych czynników na aktywność enzymów stosowanych do scharakteryzowanie aktywności biologicznej gleb jest niejednoznaczne (Galstyan 1974; Kiss 1971; Dalai 1975; McBride 1989; Tiler 1978).

Aktywność enzymatyczną gleby można wykorzystać jako diagnostyczny wskaźnik żyzności różnych gleb, ponieważ aktywność enzymów odzwierciedla nie tylko właściwości biologiczne gleby, ale także ich zmiany pod wpływem czynników agroekologicznych (Galstyan, 1967; Chunderova, 1976; Chugunova, 1990 itd.).

Głównymi drogami wnikania enzymów do gleby są enzymy zewnątrzkomórkowe mikroorganizmów i korzeni roślin wydzielane w trakcie ich życia oraz enzymy wewnątrzkomórkowe, które dostają się do gleby po śmierci organizmów glebowych i roślin.

Uwalnianie enzymów do gleby przez mikroorganizmy i korzenie roślin ma zwykle charakter adaptacyjny w postaci reakcji na obecność lub brak substratu dla działania enzymu lub produktu reakcji, co jest szczególnie wyraźne w przypadku fosfataz. Przy braku mobilnego fosforu w pożywce mikroorganizmy i rośliny gwałtownie zwiększają uwalnianie enzymów. Na tej zależności opiera się wykorzystanie aktywności fosfatazy glebowej jako wskaźnika diagnostycznego zaopatrzenia roślin w przyswajalny fosfor (Naumova, 1954, Kotelev, 1964).

Enzymy dostające się z różnych źródeł do gleby nie ulegają zniszczeniu, ale pozostają w stanie aktywnym. Należy założyć, że enzymy, będące najbardziej aktywnym składnikiem gleby, koncentrują się tam, gdzie aktywność życiowa mikroorganizmów jest największa, czyli na styku koloidów glebowych z roztworem glebowym. Udowodniono doświadczalnie, że enzymy w glebie występują głównie w fazie stałej (Zwiagincew, 1979).

Liczne eksperymenty przeprowadzone w warunkach hamowania syntezy enzymów w komórkach drobnoustrojów przy użyciu toluenu (Drobnik, 1961; Beck i Poshenrieder, 1963), antybiotyków (Kuprevich, 1961; Kiss, 1971) czy naświetlania (McLaren i in., 1957) wskazują, że że w glebie znajduje się duża ilość „nagromadzonych enzymów”, wystarczająca do przeprowadzenia przez pewien czas przemian substratu. Wśród tych enzymów można wymienić inwertazę, ureazę, fosfatazę, amylazę itp. Inne enzymy są znacznie bardziej aktywne w przypadku braku środka antyseptycznego, co oznacza, że gromadzą się nieznacznie w glebie (a- i P-galaktozydaza, dekstranaza, lewanaza, malatesteraza itp.). Trzecia grupa enzymów nie kumuluje się w glebie, ich działanie objawia się dopiero w momencie wybuchu aktywności drobnoustrojów i jest indukowane przez substrat. Otrzymane do chwili obecnej

dane eksperymentalne wskazują na różnicę w aktywności enzymatycznej gleb różnych typów (Konovalova, 1975; Zvyagintsev, 1976; Khaziev, 1976; Galstyan, 1974, 1977, 1978 i inni).

Najlepiej poznanymi enzymami glebowymi są hydrolazy, które reprezentują obszerną klasę enzymów przeprowadzających reakcje hydrolizy różnych złożonych związków organicznych, działając na różnych wiązaniach: estrowych, glukozydowych, amidowych, peptydowych itp. Hydrolazy są szeroko rozpowszechnione w glebach i glebach. odgrywają ważną rolę w ich wzbogacaniu w mobilne i wystarczające dla roślin i mikroorganizmów składniki odżywcze, niszcząc wielkocząsteczkowe związki organiczne. Do tej klasy należą enzymy: ureaza (amidaza), inwertaza (karbohydraza), fosfataza (fosfohydrolaza) itp., których aktywność jest najważniejszym wskaźnikiem aktywności biologicznej gleby (Zwiagincew, 1980).

Ureaza jest enzymem biorącym udział w regulacji metabolizmu azotu w glebie. Enzym ten katalizuje hydrolizę mocznika do amoniaku i dwutlenku węgla, powodując hydrolityczne rozerwanie wiązania pomiędzy azotem i węglem w cząsteczkach organicznych.

Spośród enzymów metabolizmu azotu ureazę badano lepiej niż inne. Występuje we wszystkich glebach. Jego aktywność koreluje z aktywnością wszystkich głównych enzymów metabolizmu azotu (Galstyan, 1980).

W glebie ureaza występuje w dwóch głównych postaciach: wewnątrzkomórkowej i zewnątrzkomórkowej. Obecność wolnej ureazy w glebie umożliwiła Briggsowi i Segalowi (Briggs i in., 1963) wyizolowanie enzymu w postaci krystalicznej.

Część zewnątrzkomórkowej ureazy jest adsorbowana przez koloidy glebowe, które mają duże powinowactwo do ureazy. Komunikacja z koloidami glebowymi chroni enzym przed rozkładem przez mikroorganizmy i sprzyja jego akumulacji w glebie. Każda gleba ma swój własny, stabilny poziom aktywności ureazy, określony przez zdolność koloidów glebowych,

głównie organiczne, wykazują właściwości ochronne (Zwiagincew, 1989).

W profilu glebowym największą aktywność enzymu wykazuje poziom próchniczny, dalsze rozmieszczenie w profilu zależy od cech genetycznych gleby.

W związku z powszechnym stosowaniem mocznika jako nawozu azotowego, zagadnienia związane z jego przemianami pod wpływem ureazy są praktycznie istotne. Wysoka aktywność ureazy większości gleb uniemożliwia wykorzystanie mocznika jako uniwersalnego źródła nawożenia azotem, ponieważ wysoki stopień hydrolizy mocznika przez ureazę glebową prowadzi do lokalnej akumulacji jonów amonowych, zwiększenia reakcji podłoża na wartości zasadowe, i w efekcie utratę azotu z gleby w postaci amoniaku (Tarafdar J.C., 1997). Rozkładając mocznik, ureaza zapobiega jego izomeryzacji do fototoksycznego cyjanianu amonu. Choć sam mocznik jest częściowo wykorzystywany przez rośliny, to jednak w wyniku aktywnego działania ureazy nie może on być długo magazynowany w glebie. W badaniach szeregu naukowców stwierdzono ulatnianie się azotu mocznikowego w postaci amoniaku z gleby przy dużej aktywności ureazy, a po wprowadzeniu do gleby różnych inhibitorów ureazy hydroliza mocznika uległa spowolnieniu, a straty zmalały mniej (Tool PO, Morgan MA, 1994). Na szybkość hydrolizy mocznika w glebie wpływa temperatura (Ivanov i Baranova, 1972; Galstyan, 1974; Cortez i in., 1972 itd.), kwasowość gleby (Galstyan, 1974; Moiseeva, 1974 itd.). Nasycenie gleby węglanami ma negatywny wpływ (Galstyan, 1974), obecność arsenu, cynku, rtęci, jonów siarczanowych, związków miedzi i boru w znacznych ilościach, ze związków organicznych amin alifatycznych, dehydrofenoli i chinonów znacząco hamuje ureazę (Paulson, 1970 , Briggsatel., 1951).

Aktywność inwertazy jest jednym z najbardziej stabilnych wskaźników, wykazującym najwyraźniejsze korelacje z czynnikami wpływającymi. Badania (1966, 1974) wykazały korelację pomiędzy inwertazą a aktywnością innych karbohydraz glebowych.

Aktywność inwertazy badano w wielu glebach i omawiano w kilku artykułach poglądowych (Aleksanrova i Shmurova, 1975; Kuprevich i Shcherbakova, 1971; Kiss i in., 1971, itd.). Aktywność inwertazy w glebie maleje wraz z profilem i koreluje z zawartością próchnicy (Pukhitskaya i Kovrigo, 1974; Galstyan, 1974; Kalatozova, 1975; Kulakovskaya i Stefankina, 1975; Simonyan, 1976; Toth, 1987 itd.). Korelacji z próchnicą może brakować przy znacznej zawartości glinu, żelaza i sodu w glebie. Ścisły związek aktywności inwertazy z liczbą mikroorganizmów glebowych i ich aktywnością metaboliczną (Mashtakov i in., 1954; Katsnelson i Ershov, 1958; Kozlov, 1964; Chunderova, 1970; Kiss, 1958; Hofinann, 1955 i in.) wskazuje przewagę w inwertazach glebowych pochodzenia mikrobiologicznego. Jednak ta zależność nie zawsze jest potwierdzona (Nizova, 1970), aktywność inwertazy jest wskaźnikiem znacznie bardziej stabilnym i może nie być bezpośrednio związana z wahaniami liczby mikroorganizmów (Ross, 1976).

Według raportu (1974) gleby o ciężkim składzie granulometrycznym charakteryzują się wyższą aktywnością enzymatyczną. Istnieją jednak doniesienia, że inwertaza jest wyraźnie inaktywowana po adsorpcji przez minerały ilaste (Hofmann i in., 1961; Skujins, 1976; Rawald, 1970), a gleby o dużej zawartości montmorylonitu mają niską aktywność inwertazy. Zależność aktywności inwertazy od wilgotności i temperatury gleby nie została dostatecznie zbadana, chociaż wielu autorów przypisuje sezonowe zmiany aktywności warunkom hydrotermalnym.

Szczegółowo zbadano wpływ temperatury na potencjalną aktywność inwertazy (1975), ustalając maksimum w temperaturze około 60°C, próg inaktywacji enzymu po podgrzaniu gleby do 70°C, a całkowitą inaktywację po trzech godzinach ekspozycji. ogrzewanie w temperaturze 180°C.

Wielu autorów rozważało aktywność inwertazy gleby w zależności od uprawy roślin (Samtsevich i Borisova, 1972; Galstyan, 1974; Ross 1976; Cortez i in., 1972, itd.). Rozwój procesu łąkowego, tworzenie się grubej darni pod poszyciem trawiastym przyczynia się do wzrostu aktywności inwertazy (Galstyan, 1959). Istnieją jednak prace, w których nie ustalono wpływu roślin na aktywność inwertazy (Konovalova, 1975).

W glebach występuje duża ilość fosforu w postaci związków organicznych, który pochodzi z obumierających szczątków roślin, zwierząt i mikroorganizmów. Kwas fosforowy jest uwalniany z tych związków przez stosunkowo wąską grupę mikroorganizmów, które posiadają specyficzne enzymy fosfatazy (Chimitdorzhieva i in., 2001).

Spośród enzymów metabolizmu fosforu najpełniej zbadano aktywność monofosfoesterazy ortofosforowej (Aleksandrova, Shmurova, 1974; Skujins J. J., 1976; Kotelev i in., 1964). Producentami fosfatazy są głównie komórki mikroorganizmów glebowych (Krasilnikov i Kotelev, 1957, 1959; Kotelev i in., 1964).

Aktywność fosfatazy gleby zależy od jej cech genetycznych, właściwości fizykochemicznych i poziomu kultury rolniczej. Spośród właściwości fizykochemicznych gleby szczególnie ważna dla aktywności fosfatazy jest kwasowość. Gleby leśne bielicowo-bielicowe i szare, które mają odczyn kwaśny, zawierają głównie fosfatazy kwaśne, na glebach o odczynie lekko zasadowym przeważają fosfatazy alkaliczne. Należy zauważyć, że optymalne działanie kwasowe

fosfataza zlokalizowana jest w strefie słabo kwaśnej, nawet gdy gleby są silnie kwaśne (Khaziev, 1979; Shcherbakov i in., 1983, 1988). Fakt ten potwierdza znaczenie wapnowania gleb kwaśnych dla przyspieszenia hydrolizy złożonych fosforanów organicznych i wzbogacenia gleby w przyswajalny fosfor.

Zaobserwowany charakterystyczny rozkład fosfataz w glebach w zależności od ich kwasowości wynika ze składu mikroflory. W glebie funkcjonują zbiorowiska drobnoustrojów przystosowane do określonych warunków środowiskowych, które wydzielają enzymy aktywne w tych warunkach.

Całkowita aktywność fosfatazowa gleby zależy od zawartości próchnicy i fosforu organicznego, który jest substratem dla enzymu.

Czarnoziemy charakteryzują się najwyższą aktywnością fosfatazy. Na glebach bielicowo-bielicowych i szarych lasach aktywność fosfatazy jest niska. Niska aktywność tych kwaśnych gleb wynika z silniejszej adsorpcji fosfataz przez minerały glebowe. Ze względu na niską zawartość materii organicznej w takich glebach powierzchnia adsorbcyjna minerałów jest bardziej odsłonięta niż w czarnoziemach zasobnych w próchnicę, gdzie minerały ilaste są pokryte humusowaną materią organiczną.

Aktywność fosfatazy jest dynamiczna w okresie wegetacyjnym. W aktywnych fazach wzrostu roślin, przy wysokich temperaturach gleby i wystarczającej wilgotności w miesiącach letnich, aktywność fosfatazy w glebie jest maksymalna (Evdokimova, 1989).

W niektórych glebach stwierdzono korelację pomiędzy aktywnością fosfatazy a ogólną liczbą mikroorganizmów (Kotelev i in., 1964; Aliev i Gadzhiev, 1978, 1979; Arutyunyan, 1975, 1977; i in.) oraz liczbą mikroorganizmów mineralizujących substancje organiczne związki fosforu (Ponomareva i in., 1972), w innych – związek aktywności fosfatazy z liczbą

mikroorganizmów nie zostało ustalone (Ramirez-Martinez, 1989). Wpływ próchnicy objawia się charakterem zmiany aktywności enzymu wzdłuż profilu, porównując gleby o różnym stopniu zawartości próchnicy i przeprowadzając środki uprawy gleby (Aleksandrova i Shmurova, 1975; Arutyunyan, 1977) . Badania wielu autorów wskazują na bezpośrednią zależność aktywności fosfatazowej gleby od zawartości fosforu organicznego w glebie (Gavrilova i in., 1973; Arutyunyan, Galstyan, 1975; Arutyunyan, 1977 i in.).

Rozważmy bardziej szczegółowo ogólne prawidłowości tworzenia puli fosfataz w glebach.

Znaczącą część całkowitego fosforu w glebie stanowią związki fosforoorganiczne: kwasy nukleinowe, nukleotydy, fityna, lecytyna itp. Większość związków fosforoorganicznych występujących w glebie nie jest bezpośrednio wchłaniana przez rośliny. Ich wchłanianie poprzedzone jest hydrolizą enzymatyczną przez fosfohydrolazy. Substratami fosfataz glebowych są specyficzne substancje humusowe, do których zalicza się fosfor kwasów huminowych, a także niespecyficzne pojedyncze związki reprezentowane przez kwasy nukleinowe, fosfolipidy i fosfoproteiny oraz fosforany metaboliczne. Te pierwsze kumulują się w glebie w wyniku biogenezy substancji humusowych, te drugie z reguły dostają się do gleby wraz z resztkami roślinnymi i kumulują się w niej jako produkty pośrednich reakcji metabolicznych.

Rola roślin wyższych w tworzeniu puli fosfataz gleb użytkowanych rolniczo jest mniejsza niż mikroorganizmów i wiąże się głównie z przedostawaniem się do gleby resztek pożniwnych i wydzielin korzeniowych, co potwierdzają dane i (1994) ), który badał wpływ różnych upraw rolnych na aktywność hydrolityczną

i enzymy redoks; fosfatazy, inwertazy, proteazy, ureazy, katalaza na cienkiej glebie torfowej. Aktywność fosfatazy była w przybliżeniu taka sama pod wszystkimi uprawami: jęczmieniem, ziemniakami i ugórem czarnym, tylko nieznacznie większa pod trawami wieloletnimi, natomiast aktywność pozostałych enzymów różniła się istotnie w zależności od charakteru użytkowania gleby.

(1972) zaobserwowali wzrost aktywności fosfatazy w ryzosferze pszenicy i roślin strączkowych, co można wiązać zarówno ze wzrostem liczby mikroorganizmów w ryzosferze, jak i aktywnością zewnątrzkomórkowej fosfatazy korzeni. Z agrochemicznego punktu widzenia ważny jest efekt końcowy - wzrost puli enzymatycznej gleby wraz ze wzrostem siły systemów korzeniowych roślin.

Ubytek agrocenoz w roślinach prowadzi do osłabienia efektu ryzosfery i w efekcie do zmniejszenia aktywności fosfatazy glebowej. Stwierdzono znaczny spadek aktywności fosfatazowej gleby podczas uprawy monokultury. Włączenie gleb do płodozmianu stwarza warunki do usprawnienia procesów hydrolitycznych, co prowadzi do zwiększenia metabolizmu związków fosforu. (Evdokimova, 1992)

(1994) badali gleby darniowo-bielicowe powstałe pod wpływem roślinności naturalnej (leśnej) o różnym składzie i określali rozkład aktywności fosfataz w profilu glebowym, stosunek labilnych i stabilnych form enzymów oraz ich zmienność przestrzenną i czasową. Stwierdzono, że w glebach powstałych pod naturalną roślinnością leśną poziomy genetyczne różnią się aktywnością fosfatazy, której rozmieszczenie w profilu jest ściśle powiązane z zawartością próchnicy. Z danych wynika, że największą aktywność fosfatazy zaobserwowano w warstwie ściółki, następnie kilkukrotnie malała w warstwie próchniczo-akumulacyjnej i gwałtownie spadała w warstwie gleby.

poniżej 20 cm w glebie pod lasem świerkowym (roślinność leśna). Pod roślinnością łąkową rozkład jest nieco inny: maksymalna aktywność w poziomie darniowym jest 1,5–2 razy mniejsza w poziomie próchniczo-akumulacyjnym, a dalszy znaczny spadek obserwuje się dopiero po 40–60 cm. możemy stwierdzić, że największy udział w tworzeniu puli fosfatazy w naturalnej roślinności dostarczają mikroorganizmy i pozostałości roślinne jako substrat, natomiast wydzieliny korzeni i pośmiertne enzymy wewnątrzkomórkowe odgrywają nieco mniejszą rolę.

Intensywność procesów biochemicznych w glebie i poziom jej żyzności zależą zarówno od warunków istnienia organizmów żywych dostarczających do gleby enzymów, jak i od czynników przyczyniających się do wiązania enzymów w glebie i regulujących ich rzeczywiste działalność.

1.2. Wpływ metali ciężkich i pierwiastków śladowych na aktywność enzymatyczną gleb.

Jednym z obiecujących kierunków wykorzystania aktywności enzymatycznej do diagnozowania właściwości biologicznych gleb jest identyfikacja stopnia zanieczyszczenia gleby HM.

Metale ciężkie, dostając się do gleby w postaci różnych związków chemicznych, mogą gromadzić się w niej w dużych ilościach, co stwarza istotne zagrożenie dla prawidłowego funkcjonowania fauny i flory glebowej. W literaturze zgromadzono wiele danych wskazujących na negatywny wpływ zanieczyszczenia gleby HM na faunę i florę glebową. Kiedy równowaga chemiczna w glebie zostaje zakłócona, powstaje stresująca sytuacja. Istnieją dowody na to, że wskaźniki biologiczne reagują wcześniej niż agrochemiczne na zmieniające się warunki wpływające na różne właściwości gleby (Lebiediew,

Bibliografia

W zależności od rodzaju katalizowanych reakcji wszystkie znane enzymy dzielą się na sześć klas:

1. Oksydoreduktazy katalizujące reakcje redoks.

2. Hydrolazy katalizujące reakcje hydrolitycznego rozszczepienia wiązań wewnątrzcząsteczkowych w różnych związkach.

3. Transferazy katalizujące reakcje międzycząsteczkowego lub wewnątrzcząsteczkowego przeniesienia grupy chemicznej i reszt z jednoczesnym przeniesieniem energii zawartej w wiązaniach chemicznych.

4. Ligazy (syntetazy), które katalizują reakcje łączenia dwóch cząsteczek, połączone z rozszczepieniem wiązań firofosforanowych ATP lub innego podobnego trifosforanu.

5. Liazy katalizujące reakcje rozszczepienia niehydrolitycznego lub addycji różnych grup chemicznych związków organicznych do wiązań podwójnych.

6, Izomerazy katalizujące reakcje przemiany związków organicznych w ich izomery.

Oksydoreduktazy i hydrolazy, które są bardzo ważne w biodynamice gleby, są szeroko rozpowszechnione w glebie i są szczegółowo badane.

Katalaza

(H 2 O 2: H 2 O 2 -oksydoreduktaza)

Katalaza katalizuje rozkład nadtlenku wodoru z utworzeniem wody i tlenu cząsteczkowego:

H 2 O 2 + H 2 O 2 O 2 + H 2 O.

Nadtlenek wodoru powstaje podczas oddychania organizmów żywych oraz w wyniku różnych reakcji biochemicznych utleniania substancji organicznych. O toksyczności nadtlenku wodoru decyduje jego wysoka reaktywność, którą wykazuje tlen singletowy *O 2 . Jego wysoka reaktywność prowadzi do niekontrolowanych reakcji utleniania. Rolą katalazy jest niszczenie trującego dla organizmów nadtlenku wodoru.

Katalaza jest szeroko rozpowszechniona w komórkach organizmów żywych, w tym mikroorganizmów i roślin. Gleby wykazują również wysoką aktywność katalazy.

Metody oznaczania aktywności katalazy glebowej polegają na pomiarze szybkości rozkładu nadtlenku wodoru podczas jego oddziaływania z glebą przez objętość wydzielonego tlenu (metody gazometryczne) lub przez ilość nierozłożonego nadtlenku, którą określa się miareczkowaniem permanganometrycznym lub metodą kolorymetryczną tworzenie kolorowych kompleksów.

E.V. Dadenko i K.Sh. Kazeeva stwierdzono, że aktywność katalazy wszystkich enzymów maleje w największym stopniu podczas przechowywania próbek, dlatego jej oznaczenie należy przeprowadzić w pierwszym tygodniu po pobraniu.

Metoda A.Sh. Galstyan

Postęp analizy. Do określenia aktywności katalazy wykorzystuje się urządzenie składające się z dwóch biuret połączonych gumowym wężem, które napełnia się wodą i równoważy jej poziom. Utrzymanie określonego poziomu wody w biuretach świadczy o osiągnięciu równowagi temperaturowej w urządzeniu. Próbkę (1 g) gleby wprowadza się do jednej z komór podwójnej kolby. Do drugiej komory kolby wlewa się 5 ml 3% roztworu nadtlenku wodoru. Kolbę szczelnie zamyka się gumowym korkiem ze szklaną rurką, która jest połączona z biuretą pomiarową za pomocą gumowego węża.

Eksperyment przeprowadza się w temperaturze 20 ° C, ponieważ w innej temperaturze szybkość reakcji będzie inna, co zniekształci wyniki. W zasadzie nie jest istotna temperatura powietrza, ale temperatura nadtlenku, która powinna wynosić 20 0 C. Jeśli temperatura powietrza jest znacznie wyższa niż 20 0 C (latem), zaleca się zabrać ze sobą przeprowadzić analizę w piwnicy lub w innym chłodnym pomieszczeniu. Zalecane w takich przypadkach zastosowanie kąpieli wodnej o temperaturze 20°C jest mało skuteczne.

Początek doświadczenia odnotowuje stoper lub klepsydra w momencie zmieszania nadtlenku z glebą i wstrząśnięcia zawartością naczynia. Przez cały czas trwania doświadczenia mieszaninę należy potrząsać, starając się nie dotykać rękoma kolby, trzymając ją za korek. Uwolniony tlen wypiera z biurety wodę, której poziom notuje się po 1 i 2 minutach. Zalecenie oznaczania ilości tlenu co minutę przez 3 minuty ze względu na prostotę reakcji rozkładu nadtlenku jedynie wydłuża czas analizy.

Technika ta pozwala jednemu badaczowi analizować aktywność katalazy w ponad 100 próbkach dziennie. Wygodnie jest przeprowadzić analizę wspólnie, używając 5-6 naczyń. Jednocześnie jedna osoba jest bezpośrednio zaangażowana w analizę i monitoruje poziom biurety, a druga monitoruje czas, rejestruje dane i myje naczynia.

Gleba sterylizowana na sucho (180°C) służyła jako kontrola. Niektóre gleby, związki i minerały wykazują wysoką aktywność katalizy rozkładu nieorganicznych nadtlenków nawet po sterylizacji - do 30-50% całkowitej aktywności.

Aktywność katalazy wyraża się w mililitrach O 2 uwalnianego w ciągu 1 minuty z 1 g gleby.

Odczynniki: 3% roztwór H 2 O 2. Należy okresowo sprawdzać stężenie perhydrolu, roztwór roboczy przygotowuje się bezpośrednio przed analizą. Aby oznaczyć stężenie perhydrolu na wadze analitycznej, do kolby miarowej o pojemności 100 ml odważa się 1 g H 2 O 2, objętość doprowadza do kreski i wstrząsa. Do kolb stożkowych o pojemności 250 ml umieścić 20 ml (3 powtórzenia), dodać 50 ml wody destylowanej i 2 ml 20% H2SO4. Następnie miareczkowano 0,1 N. Roztwór KMnO4. 1 ml roztworu KMnO 4 odpowiada 0,0017008 g H 2 O 2 . Po ustaleniu stężenia perhydrolu przygotowuje się 3% roztwór poprzez rozcieńczenie wodą destylowaną. Roztwór do miareczkowania KMnO 4 przygotowuje się z fixanalu i przechowuje przez kilka dni w celu ustalenia miana.

Dehydrogenazy

(substrat: NAD(P)-oksydoreduktaza).

Dehydrogenazy katalizują reakcje redoks poprzez odwodornienie substancji organicznych. Idą według następującego schematu:

AN 2 + V A + VN 2

W glebie substratem do odwodornienia mogą być niespecyficzne związki organiczne (węglowodany, aminokwasy, alkohole, tłuszcze, fenole itp.) i specyficzne (substancje humusowe). Dehydrogenazy w reakcjach redoks pełnią funkcję nośników wodoru i dzielą się na dwie grupy: 1) tlenowe, przenoszące zmobilizowany wodór do tlenu z powietrza; 2) beztlenowe, które przenoszą wodór na inne akceptory, enzymy.

Główną metodą wykrywania działania dehydrogenaz jest redukcja wskaźników o niskim potencjale redoks, takich jak błękit metylenowy.

Do określenia aktywności dehydrogenaz glebowych jako wodór wykorzystuje się bezbarwne sole tetrazoliowe (chlorek 2,3,5-trifenylotetrazoliowy – TTX), które ulegają redukcji do czerwonych związków formazanu (trifenyloformazan – TFF).

Postęp analizy. Porcję (1 g) przygotowanej gleby ostrożnie umieszcza się przez lejek na dnie probówki o pojemności 12–20 ml i dokładnie miesza. Dodać 1 ml 0,1 M roztworu substratu do odwodornienia (glukozy) i 1 ml świeżo przygotowanego 1% roztworu TTX. Probówki umieszcza się w anaerostacie lub eksykatorze próżniowym. Oznaczanie przeprowadza się w warunkach beztlenowych, przy czym powietrze jest usuwane przy rozrzedzeniu 10-12 mm Hg. Sztuka. na 2-3 minuty i wstawić do termostatu na 24 godziny w temperaturze 30°C. Podczas inkubacji gleby z podłożami nie dodaje się toluenu jako środka antyseptycznego, ponieważ; silnie hamuje działanie dehydrogenaz. Kontrolę stanowiła sterylizowana gleba (w temp. 180°C przez 3 godz.) oraz podłoża bez gleby. Po inkubacji do kolb dodaje się 10 ml alkoholu etylowego lub acetonu i wytrząsa przez 5 minut. Powstały kolorowy roztwór TPP jest filtrowany i kolorymetryczny. Przy bardzo intensywnym zabarwieniu roztwór rozcieńcza się alkoholem (acetonem) 2-3 razy. Stosować kuwety 10 mm i filtr światła o długości fali 500-600 nm. Ilość formazanu w mg oblicza się z krzywej wzorcowej (0,1 mg w 1 ml). Aktywność dehydrogenaz wyraża się w mg TTP na 10 g gleby na 24 h. Błąd oznaczenia wynosi do 8%.

Odczynniki:

1) 1% roztwór chlorku 2,3,5-trifenylotetrazoliowego;

2) 0,1 M roztwór glukozy (18 g glukozy rozpuszcza się w 1000 ml wody destylowanej);

3) alkohol etylowy lub aceton;

4) trifenyloformazan w skali standardowej. Do sporządzenia krzywej kalibracyjnej należy przygotować serię roztworów w alkoholu etylowym, acetonie lub toluenie o stężeniu formazanu (od 0,01 do 0,1 mg formazanu w 1 ml) i fotokolorymetrycznym jak opisano powyżej.

W przypadku braku formazanu otrzymuje się go poprzez redukcję TTX wodorosiarczynem sodu (siarczyn amonu, proszek cynkowy w obecności glukozy). Początkowe stężenie roztworu TTX wynosi 1 mg/ml. Do 2 ml początkowego roztworu TTX na końcówce lancetu dodaje się krystaliczny wodorosiarczyn sodu. Wytrącony formazan rozpuszcza się w 10 ml toluenu. Ta objętość toluenu zawiera 2 mg formazanu (0,2 mg/ml). Dalsze rozcieńczanie przygotowuje roztwory robocze dla skali.

Inwertaza

(β-fruktofuranozydaza, sukraza)

Inwertaza jest karbohydrazą, działa na wiązanie β-fruktofuranozydazy w sacharozie, rafinozie, gencjanozie itp. Enzym ten najaktywniej hydrolizuje sacharozę, tworząc cukry redukujące - glukozę i fruktozę:

inwertaza

C 12 H 22 O 11 + H 2 O C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6

sacharoza glukoza fruktoza

Inwertaza jest szeroko rozpowszechniona w przyrodzie i występuje w prawie wszystkich typach gleb. Bardzo wysoką aktywność inwertazy stwierdzono w glebach łąk górskich. Aktywność inwertazy wyraźnie koreluje z zawartością próchnicy i żyznością gleby. Przy badaniu działania nawozów zaleca się ocenę ich skuteczności. Metody oznaczania aktywności inwertazy glebowej opierają się na ilościowym rachunku cukrów redukujących według Bertranda oraz na zmianach właściwości optycznych roztworu sacharozy przed i po ekspozycji na enzym. Pierwszą metodą można badać enzym o bardzo szerokiej amplitudzie aktywności i stężeniu substratu. Metody polarymetryczne i fotokolorymetryczne są bardziej wymagające pod względem stężenia cukrów i są niedopuszczalne w przypadku gleb o dużej zawartości materii organicznej, gdzie otrzymuje się kolorowe roztwory; dlatego metody te mają ograniczone zastosowanie w badaniach gleby.

W celu oceny ich stanu ekologicznego przeprowadzono badania aktywności enzymatycznej gleby w agrosystemach regionu Górnej Wołgi, powstałych w długotrwałych doświadczeniach stacjonarnych na glebach darniowo-bielicowych i szarych lasach. W glebie darniowo-bielicowej ekosystemów leśnych średni poziom aktywności inwertazy wynosi 21,1 mg glukozy/1 g gleby, a w glebie agrosystemów 8,6 mg glukozy/1 g gleby. Zastosowanie rolnicze zmniejszało aktywność inwertazy średnio 2,5 razy. Szczególnie silną depresję inwertazy obserwuje się na tłach zerowych, gdzie corocznie podejmuje się działania agrotechniczne w celu uprawy roślin, bez wprowadzania materiałów nawozowych. Średnia aktywność ureazy w glebie agroekosystemów wynosiła 0,10 mg N-NH4/1g gleby, w glebie ekosystemów leśnych była nieco wyższa – 0,13 mg N-NH4/1g, co wynika przede wszystkim z cech genetycznych darni. gleby bielicowe i ich żyzność. Na szarej glebie leśnej badany poziom ładunku agrogenicznego nie wpłynął negatywnie na aktywność enzymów glebowych, wręcz przeciwnie, na gruntach ornych występuje tendencja do zwiększania ich aktywności, czemu towarzyszy mobilizacja ogólną aktywność procesów biologicznych zachodzących w glebie w porównaniu do ugoru. Intensywność oddziaływania na pokrywę glebową różnymi metodami technologicznymi objawiała się spadkiem wskaźników aktywności enzymatycznej jedynie w glebach bielicowo-bielicowych. Z ekologicznego punktu widzenia wyniki te można uznać za przejaw reakcji pokrywy glebowej na zewnętrzne presje antropogeniczne.

krajobrazy rolnicze

inwertaza

katataza

sodowo-bielicowy

szare gleby leśne

aktywność enzymatyczna

1. Witter A.F. Uprawa gleby jako czynnik regulacji żyzności gleby /A.F. Witter, V.I. Turusow, V.M. Garmaszow, SA Gawriłow. - M.: Infra-M, 2014. - 174 s.

2. Dzhanaev Z.G. Agrochemia i biologia gleb południowej Rosji / Z.G. Dżanajew. - M .: Wydawnictwo Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego, 2008. - 528 s.

3. Zwiagincew D.G. Biologia gleby / D.G. Zwiagincew, N.A. Babiewa. - M., 2005. - 520 s.

4. Zinchenko M.K. Potencjał enzymatyczny krajobrazów agrokrajobrazowych szarych gleb leśnych Opolszczyzny Włodzimierskiej / M.K. Zinchenko, S.I. Zinchenko // Sukcesy współczesnych nauk przyrodniczych. - 2015. - nr 1. - S. 1319-1323.

5. Zinchenko M.K. Reakcja mikroflory glebowej szarej gleby leśnej na długotrwałe stosowanie systemów nawozowych o różnym stopniu intensywności / M.K. Zinchenko, L.G. Stoyanova // Osiągnięcia nauki i technologii kompleksu rolno-przemysłowego. - 2016. - nr 2. - T. 30. - s. 21-24.

6. Emtsev V.T. Mikrobiologia: podręcznik dla uniwersytetów / V.T. Jemcew. – M.: Drop, 2005. – 445 s.

7. Enkina O.V. Mikrobiologiczne aspekty zachowania płodności czarnoziemów Kubańskich / O.V. Enkina, NF Korobski. - Krasnodar, 1999. - 140 s.

8. Metody mikrobiologii i biochemii gleby; [wyd. D.G. Zwiagincew]. - M .: Wydawnictwo Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego, 1991. - 292 s.

9. Khaziev F.Kh. Aktywność enzymatyczna gleb agrocenoz i perspektywy jej badań / F.Kh. Chaziew, A.E. Gulko // Nauka o glebie. - 1991. - nr 8. - S. 88-103.

10. Khaziev F.Kh. Metody enzymologii gleby / F.Kh. Chaziew. – M.: Nauka, 2005. – 254 s.

Funkcje agroekologiczne gleb wyrażają się w określonych ilościowych i jakościowych cechach parametrycznych, z których najważniejszymi są wskaźniki biologiczne. Procesy rozkładu resztek roślinnych, synteza i mineralizacja próchnicy, przemiana trudno dostępnych form składników pokarmowych w formy przyswajalne dla roślin, przebieg amonifikacji, nitryfikacji i wiązania wolnego azotu w powietrzu spowodowane są przez aktywność mikroorganizmów glebowych.

Procesy metabolizmu i energii podczas rozkładu i syntezy związków organicznych, przejścia ciężkostrawnych składników odżywczych do form łatwo dostępnych dla roślin i mikroorganizmów zachodzą przy udziale enzymów. Dlatego też aktywność enzymatyczna gleby jest najważniejszym wskaźnikiem diagnostycznym wpływu obciążenia antropogenicznego na systemy glebowe. Dotyczy to zwłaszcza agroekosystemów o rocznym oddziaływaniu agrotechnicznym na glebę. Określenie aktywności enzymów glebowych jest bardzo ważne dla określenia stopnia wpływu środków agrotechnicznych i środków agrochemicznych na aktywność procesów biologicznych, w celu oceny szybkości mobilizacji głównych pierwiastków organogenicznych.

Cel badawczy była ocena stanu ekologicznego gleb w agrosystemach regionu Górnej Wołgi pod kątem aktywności enzymatycznej. Obiektem badań były gleby darniowo-bielicowe o różnym stopniu bielicowania oraz szare gleby leśne na przyległych terenach dziewiczych i uprawnych.

Materiały i metody badań

Ponieważ obiektywne dane na temat żyzności gleby i jej aktywności biologicznej można uzyskać w długoterminowych doświadczeniach stacjonarnych, próbki gleby pobrano do badań w wariantach długoterminowych doświadczeń stacjonarnych zlokalizowanych na podstawie Instytutu Badawczego Rolnictwa Kostroma, Instytutu Rolniczego Iwanowo Akademia oraz Instytut Badawczy Rolnictwa im. Włodzimierza. W rezultacie analizowano aktywność enzymów w glebie darniowo-bielicowej lekko gliniastej (Doświadczenie 1, Kostroma), glebie darniowo średniobielicowej lekko gliniastej (Doświadczenie 2, Iwanowo); las siarkowy, gleba średniogliniasta (eksperyment 3, Suzdal).

Aby móc określić stopień wpływu różnego rodzaju obciążeń antropogenicznych na gleby agroekosystemów, przeprowadzono badania referencyjnych próbek gleb niezakłóconych ekosystemów sąsiadujących z powierzchniami doświadczalnymi. Dziewiczymi odmianami gleb bagienno-bielicowych były tereny pod lasem sosnowym z domieszką drewna liściastego. Szare gleby leśne o długotrwałym ugorze powstają pod lasami liściastymi z dużą ilością roślinności roślinnej w runie.

Szare gleby leśne opoli włodzimierskiej charakteryzują się średnią akumulacją materii organicznej. Zawartość próchnicy w poziomie A1 (A p) wynosi 1,9 - 4%; horyzont próchniczny jest cienki (17-37 cm). Charakterystyczna dla tych gleb wartość kwasowości jest mniejsza niż dla gleb bielicowo-bielicowych, przeważają gleby słabo kwaśne (рН=5,2-6,0). Dlatego szare gleby leśne regionu Włodzimierza charakteryzują się korzystniejszymi wskaźnikami agrochemicznymi w porównaniu z glebami bielicowo-bielicowymi. W 1997 r. założono stacjonarne doświadczenie polowe na szarej glebie leśnej w celu zbadania skuteczności adaptacyjnych systemów rolnictwa krajobrazowego (ALAS). Na badanych wariantach, dla płodozmianu w 6-polowym płodozmianie wprowadza się: na tle zerowym - obornik 40t/ha (jednorazowo); średnio - N 240 R 150 K 150; minerał o wysokiej intensywności - N 510 R 480 K 480; o wysokiej intensywności organomineralnej - obornik 80t/ha (jednorazowo) + N 495 R 300 K 300.

Zawartość próchnicy w glebie działki doświadczalnej Akademii Rolniczej w Iwanowie wynosi 1,92%; pH xl - 4,6-6,4; P 2 O 5 - 170-180 mg/kg gleby, K 2 O - 110-170 mg/kg gleby. Grubość warstwy ornej wynosi 21-23 cm.Doświadczenie rozpoczęto w 1987 roku. Próbki gleby pobrano w czteropolowym płodozmianie na tle normalnym (N 30 P 60 K 60) według dwóch metod uprawy - orki odkładnicowej na głębokość 20-22 cm (S) i bezodkładniowej na głębokość 20 -22 cm (PO).

Żyzność gleby bielicowej wieloletniego doświadczenia stacjonarnego Instytutu Rolnictwa Kostroma w okresie pobierania próbek charakteryzowała się następującymi średnimi wskaźnikami: zawartość próchnicy 1,39-1,54%; pH xl - 4,6-6,4; P 2 O 5 - 105-126 mg/kg; K 2 O - 104-156 mg / kg. W 1978 roku założono długoterminowe stacjonarne doświadczenie polowe mające na celu badanie wpływu wapna na właściwości gleby i plony roślin. Badania prowadzono w płodozmianie siedmipolowym. Do pracy wybrano próbki gleby w wariantach N 45 P 45 K 45 – tło zerowe; - normalny i Ca 2,5 (N 135 R 135 K 135) - intensywny. Polepszaczem w doświadczeniu była mąka dolomitowa, wprowadzona jednorazowo przy układaniu doświadczenia w dawce 25 t/ha masy fizycznej dla wariantu Ca 2,5 (NPK) 3. W wariancie Ca 0,5 + Ca 0,5 (NPK) 1 po raz pierwszy polepszacz zastosowano frakcyjnie – na początku doświadczenia w dawce 5 t/ha, kwasowość hydrolityczna 0,5; ponownie - pod koniec IV rotacji w 2007 roku jesienią, pod orką, w dawce 3,2 t/ha, 0,5 zapotrzebowania na kwasowość hydrolityczną.

W próbkach gleby oznaczono: aktywność katalazy metodą gazometryczną według Galstyana, aktywność inwertazy metodą I.N. Romeiko, S.M. Malinovskaya i aktywność ureazy metodą T.A. Szczerbakowa. Aktywność tych enzymów glebowych jest bezpośrednio związana z konwersją procesów węgla, azotu i redoks, a zatem charakteryzuje stan funkcjonalny mikroorganizmów glebowych. Kompleksowe określenie tych parametrów pozwala dokładniej określić kierunek zmian aktywności puli enzymatycznej odmian gleby.

Badania biochemiczne aktywności enzymów prowadzono w latach 2011-2013. w warstwie gleby 0-20 cm, ponieważ główna aktywność biologiczna i najwyższa biogeniczność są nieodłącznie związane z górnymi warstwami profilu glebowego, maksymalnie wzbogaconymi w materię organiczną, z najkorzystniejszym reżimem hydrotermalnym i powietrznym dla mikroflory.

Wyniki badań i dyskusja

Najważniejszym ogniwem obiegu węgla w przyrodzie jest etap enzymatycznej konwersji węglowodanów w środowisku glebowym. Zapewnia ruch materiału organicznego dostającego się do gleby w dużych ilościach i zgromadzonej w nim energii, a także jego akumulację w glebie w postaci próchnicy, gdyż w tym przypadku powstają składniki przedhumusowe.

Resztki roślinne dostające się do gleby to 60% węglowodanów. W glebie znaleziono mono-, di- i polisacharydy (celulozy, hemicelulozy, skrobię itp.). Jest oczywiste, że oddziaływania agroekologiczne prowadzące do zmian stanu fizykochemicznego i biologicznego gleb wpływają na aktywność enzymów metabolizmu węglowodanów. Dane dotyczące aktywności inwertazy glebowej przedstawiono w tabeli 1.

Tabela 1

Aktywność inwertazy w glebach agroekosystemów

	Miejsce pobierania próbek	Agroekosystemy	Aktywność inwertazy, mg glukozy/1 g gleby w ciągu 40 godzin
Sod-bielicowy lekka gliniasta gleba	Kostroma	Las (kontrola)
		Zerowe tło N 45 R 45 K 45
		Normalna Ca 0,5 + Ca 0,5 (N 45 R 45 K 45)
		Intensywny Ca 2,5 (N 135 R 135 K 135)
Sodowo-średniobielicowy lekko gliniasta		Las (kontrola)
		Normalny N 30 R 60 K 60
		Normalny N 30 R 60 K 60
		Depozyt (kontrola)
		*Zerowe tło
		N 30-60 R 30 - 60 K 30-60
		wysoka intensywność minerał N 120 R 120 K 120
		N 120 R 120 K 120; Obornik 80t/ha + N 90

Uwaga: W tabeli podano dawki nawozów na szarej glebie leśnej w okresie badań.

Stwierdzono, że w glebie darniowo-bielicowej ekosystemów leśnych średni poziom aktywności inwertazy wynosi 21,1 mg glukozy/1 g gleby, a w glebie agrosystemów – 8,6 mg glukozy/1 g gleby. Oznacza to, że rolnicze użytkowanie gruntów ornych miało istotny wpływ na aktywność inwertazy, zmniejszając ją średnio 2,5-krotnie.

Szczególnie silną depresję inwertazy obserwuje się na tłach zerowych, gdzie corocznie podejmuje się działania agrotechniczne w celu uprawy roślin, bez wprowadzania materiałów nawozowych. Może to być spowodowane niewielkim napływem śmiertelnicy w postaci resztek po roślinach okopowych, a także zmianą właściwości fizykochemicznych w wyniku orki.

Agrotechniczne wykorzystanie szarej gleby leśnej nie powoduje istotnego ograniczenia aktywności metabolizmu węglowodanów w porównaniu z glebą ugorowaną. Na obszarach długoterminowych odłogów średnia aktywność inwertazy wynosi 50,0 mg glukozy na 1 g gleby w ciągu 40 godzin i jest o 9% wyższa niż średnia na gruntach ornych. Zmienność wartości enzymów w szarej glebie leśnej agrosystemów w ciągu 2 lat badań (2012-2013) wyniosła V = 7,6%, przy średnim XS = 45,8 mg glukozy / 1 g gleby przez 40 godzin. Wpływ systemów nawozowych na aktywność inwertazy jest najbardziej wyraźny na średnim tle. W tym wariancie wskaźniki aktywności enzymatycznej były istotnie wyższe (НСР 05 = 2,9) niż na pozostałych podłożach intensyfikacji. Dlatego przy stosowaniu średnich dawek nawozów stwarzane są dogodne warunki do przemiany związków organicznych szeregu aromatycznego w składniki humusowe. Potwierdzają to dane dotyczące zawartości węgla organicznego, gdyż maksymalne zasoby próchnicy zgromadzono średnio na poziomie 3,62%.

Jednym z informacyjnych wskaźników aktywności enzymatycznej gleby jest aktywność ureazy. Wielu badaczy uważa aktywność ureazy za wskaźnik zdolności samooczyszczania gleby zanieczyszczonej organicznymi ksenobiotykami. Działanie ureazy związane jest z hydrolitycznym rozerwaniem wiązania pomiędzy azotem i węglem (CO-NH) w cząsteczkach związków organicznych zawierających azot. W agroekosystemach szybki wzrost aktywności ureazy wskazuje również na zdolność do akumulacji azotu amonowego w glebie. Dlatego wielu badaczy zauważa dodatnią korelację pomiędzy aktywnością ureazy a zawartością azotu i próchnicy w glebie.

O tym, że opisane gleby bielicowe są słabo zaopatrzone w wyjściowy substrat organiczny, świadczy mała aktywność tego enzymu (tab. 2). W naszych badaniach średnia aktywność ureazy w glebie agroekosystemów wynosiła 0,10 mg N-NH 4 /1g gleby, jest nieco wyższa w glebie ekosystemów leśnych – 0,13 mg N-NH 4 /1g, co wynika przede wszystkim na cechy genetyczne gleb bagienno-bielicowych i ich żyzność.

Tabela 2

Aktywność ureazy w glebach agrosystemów

	Miejsce pobierania próbek	Agroekosystemy	Aktywność ureazy, mg N-NH 4 /1g gleby w ciągu 4 godzin
Sod-bielicowy lekka gliniasta gleba	Kostroma	Las (kontrola)
		Zerowe tło N 45 R 45 K 45
		Normalna Ca 0,5 + Ca 0,5 (N 45 R 45 K 45)
		Intensywny Ca 2,5 (N 135 R 135 K 135)
Sodowo-średniobielicowy lekko gliniasta		Las (kontrola)

		Normalny N 30 R 60 K 60
Szara leśna gleba średnio gliniasta		Depozyt (kontrola)
		Zerowe tło
		N 30-60 R 30 - 60 K 30-60
		wysoka intensywność minerał N 120 R 120 K 120
		Organiczno-mineralny o wysokiej intensywności N 120 R 120 K 120; Obornik 80t/ha + N 90

Na poziomie naturalnych biotopów aktywność ureazy została zachowana w doświadczeniu 1, w którym zabiegi agrotechniczne, oprócz stosowania nawozów mineralnych, obejmowały wapnowanie gleby. Na tle spadku zawartości jonów wodoru i glinu w kompleksie glebowo-absorpcyjnym obserwuje się stabilizację aktywności enzymu.

Uprawa gleb darniowo-bielicowych bez systematycznego wprowadzania materiałów wapiennych, nawet przy użyciu średnich dawek nawozów mineralnych, poprzez orkę odkładnicową i spulchnianie płaskie (doświadczenie 2) prowadzi do obniżenia aktywności ureazy w porównaniu z ich naturalnymi odpowiednikami.

Badania na glebach leśnych szarych wykazały, że poziom aktywności ureazy w tych glebach jest średnio 2,5 razy wyższy niż w glebach bielicowo-bielicowych, co wynika z genezy powstania gleb i poziomu ich żyzności. Świadczą o tym dane zarówno naturalnych biotopów złoża, jak i gleb agroekosystemów. Wielu badaczy odkryło, że aktywność ureazy jest wprost proporcjonalna do ilości węgla organicznego w glebie.

Na poziomie naturalnych biotopów stwierdzono wskaźnik aktywności ureazy na bardzo intensywnym tle organiczno-mineralnym – 0,34 mg N-NH 4 /1g gleby (Doświadczenie 3). Na bardzo intensywnym tle organiczno-mineralnym poziom aktywności ureazy był podwyższony w porównaniu do innych agroekosystemów i ugorów. Wynika to przede wszystkim z faktu, że w okresie badań nad tą opcją wprowadzono 80 t/ha obornika, który wzbogacił glebę w świeżą materię organiczną, mocznik i pobudził rozwój kompleksu urobakterii. Podobnie jak w glebie długoletniego ugoru, przy długotrwałym stosowaniu nawozów mineralno-organicznych powstaje materia organiczna o najszerszym stosunku węgla do azotu (C:N). Ten rodzaj materii organicznej charakteryzuje się największą aktywnością ureazy. Zaobserwowana tendencja wskazuje na zdolność gleb tych ekosystemów do intensywnej akumulacji azotu amonowego. Istotnie niższa (przy HSR 05 = 0,04) aktywność enzymatyczna w glebie innych agroekosystemów. Najniższy wskaźnik (0,21 mgN-NH 4 /1g) odnotowano na tle mineralnym o dużej intensywności, gdzie przez 18 lat stosowano wyłącznie duże dawki nawozów mineralnych. Można przypuszczać, że przy stosowaniu wyłącznie nawozów mineralnych, ze względu na brak określonego substratu energetycznego, zmniejsza się ekologiczna i troficzna grupa bakterii wytwarzających ureazę w glebowej puli drobnoustrojów.

Biorąc pod uwagę aktywność enzymatyczną gleb, należy zwrócić uwagę na utlenianie produktów hydrolizy związków organicznych z utworzeniem substancji przedhumicznych. Reakcje te zachodzą przy udziale oksydoreduktaz, których ważnym przedstawicielem jest katalaza. Aktywność katalazy charakteryzuje procesy biogenezy substancji humusowych. Wartości wskaźników aktywności katalazy w glebach bielicowo-bielicowych wykazują zmienność przestrzenną i czasową, ale generalnie wahają się w przedziale 0,9-2,8 ml O 2 /1 g gleby na minutę. (Tabela 3). W agroekosystemach gleb darniowo-bielicowych powstałych w regionach Iwanowo i Kostroma wskaźniki aktywności katalazy znajdują się na poziomie ich naturalnych odpowiedników (gleb leśnych). Oznacza to, że stopień obciążenia antropogenicznego nie miał istotnego wpływu na procesy biogenezy substancji humusowych. Zachodzą one z tą samą intensywnością zarówno w glebach tych agrosystemów, jak i w glebie biotopów naturalnych. Jest to tendencja pozytywna, gdyż powstawanie agroekosystemów na glebach darniowo-bielicowych o lekkim składzie granulometrycznym, bez stosowania nawozów organicznych, może powodować wzrost aktywności katalazy. Wzrost aktywności enzymów charakteryzuje się intensywną przemianą substancji humusowych w glebie w kierunku ich mineralizacji, w celu dostarczenia roślinom uprawnym składników odżywczych. Aktywacja tych procesów może prowadzić do zmniejszenia zawartości próchnicy w glebie i zmniejszenia potencjalnej żyzności gleby.

Tabela 3

Aktywność katalazy w glebach systemów rolniczych

	Miejsce pobierania próbek	Agroekosystemy	Aktywność katalazy, ml O 2 / 1 g gleby na minutę
Sod-bielicowy lekka gliniasta gleba	Kostroma	Las (kontrola)
		Zerowe tło N 45 R 45 K 45
		Normalna Ca 0,5 + Ca 0,5 (N 45 R 45 K 45)
		Intensywny Ca 2,5 (N 135 R 135 K 135)
Sodowo-średniobielicowy lekko gliniasta		Las (kontrola)
		Normalny N 30 R 60 K 60 (OV)
		Normalna N 30 R 60 K 60
Szara leśna gleba średnio gliniasta		Depozyt (kontrola)
		Zerowe tło
		N 30-60 R 30 - 60 K 30-60
		wysoka intensywność minerał N 120 R 120 K 120
		Organiczno-mineralny o wysokiej intensywności N 120 R 120 K 120; Obornik 80t/ha + N 90

Współczynnik zmienności wartości aktywności katalazy w szarej glebie leśnej agroekosystemów wynosi V = 18,6%. Generalnie wahania mieszczą się w przedziale 1,8-2,9 ml O 2 /1 g gleby. Przy obecnym poziomie obciążenia antropogenicznego gruntów ornych istnieje tendencja do aktywowania procesów redoks w porównaniu z glebą ugorowaną. Największą aktywność tych procesów obserwuje się przy stosowaniu średnich dawek nawozów, co charakteryzuje się znacznym wzrostem aktywności katalazy (przy HSR 05 = 0,4) na średnim tle intensyfikacji. Dzieje się tak na skutek dostatecznego wzbogacenia gleby w materię organiczną oraz poprawy reżimu jej przemian w wyniku wzrostu liczebności i aktywności mobilizacyjnej puli mikrobiologicznej gruntów ornych.

Aby ocenić stopień wpływu agrogennego na aktywność różnych enzymów i określić całkowitą aktywność enzymatyczną każdego agroekosystemu w porównywalnych jednostkach, wykorzystaliśmy metodę O.V. Enkina. Bardziej trafną ocenę poziomu aktywności enzymatycznej poszczególnych środowisk rolniczych można uzyskać poprzez interpretację obszernego materiału doświadczalnego, jeśli porównamy ich aktywność z kontrolą (w naszym przypadku z glebą ekosystemów naturalnych), przyjmując ich wskaźniki aktywności enzymatycznej za 100%. . Oznacza to, że stopień wpływu obciążenia antropogenicznego na różne grupy enzymów odzwierciedla stosunek ich wskaźników aktywności w agrosystemach do naturalnych analogów (Tabela 4).

W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że w większości gleb bagienno-bielicowych regionu poziom aktywności enzymatycznej krajobrazów agrokrajobrazowych jest niższy niż w ich naturalnych odpowiednikach. Potencjał enzymatyczny gleby darniowo-bielicowej w doświadczeniu 1 (Kostroma) zmniejszył się o 31% w porównaniu do kontroli, a w doświadczeniu 3 (Iwanowo) - o 24%. Na badanych podłożach w tych doświadczeniach stosowano średnie i duże dawki nawozów mineralnych. Długotrwałe stosowanie nawozów mineralnych, zwłaszcza azotowych, często zakłóca podłoże ekologiczne dla rozmnażania się pożytecznych mikroorganizmów na glebach o niskim potencjale żyzności. Dzieje się tak z reguły z powodu zakwaszenia roztworu glebowego, obecności jonów glinu i żelaza w kompleksie pochłaniającym glebę, wydzielin korzeniowych roślin, powodując aktywne rozmnażanie mikroskopijnych grzybów, przyczyniając się do wzrostu biologicznego toksyczność gleby. W tym przypadku negatywnym zmianom towarzyszy nie tylko przebudowa struktury mikrobiocenozy, ale także spadek aktywności enzymatycznej gleby i utrata potencjalnej i efektywnej żyzności.

Tabela 4

Poziom aktywności enzymatycznej gleb agrosystemów (w % gleby ekosystemów naturalnych)

Miejsce pobierania próbek	Agroekosystemy	Katalaza	Inwertaza	Średnia aktywność enzymatyczna
Kostroma	Las (kontrola)
	Zerowe tło
	Normalna
	Intensywny
	Średnia według doświadczenia,%
	Las (kontrola)
	Normalna
	Normalna
	Średnia według doświadczenia,%



	Minerał o wysokiej intensywności
	Organiczno-mineralny o wysokiej intensywności
	Średnia według doświadczenia,%

Zatem główne wskaźniki aktywności enzymatycznej gleb bielicowo-bielicowych, związane z ich efektywną żyznością, są wyższe w ekosystemach naturalnych niż na glebach ornych.

Wraz ze wzrostem poziomu żyzności gleby wpływ czynników agrogenicznych na potencjał enzymatyczny gleby ulega pewnemu wygładzeniu. To właśnie obserwujemy w agrosystemach szarej gleby leśnej. Stwierdzono, że w ciągu 3 lat badań najwyższy potencjał enzymatyczny ukształtował się na średnim tle wynoszącym 108%. Średnie dawki nawozów mineralnych i organicznych (40 t/ha obornika raz na 6 lat) powodowały wzrost aktywności katalazy i inwertazy gleby, która charakteryzuje się aktywacją procesów syntezy substancji humusowych.

Wniosek

Stwierdzono, że badany poziom obciążenia agrogenicznego gleb szarych leśnych nie wpływa negatywnie na aktywność enzymów glebowych, wręcz przeciwnie, na gruntach ornych występuje tendencja do zwiększania ich aktywności, czemu towarzyszy intensyfikacja ogólnej aktywności procesów biologicznych zachodzących w glebie w porównaniu z ugórem. Intensywność oddziaływania na pokrywę glebową różnymi metodami technologicznymi objawiała się spadkiem wskaźników aktywności enzymatycznej gleb bielicowo-bielicowych. Z ekologicznego punktu widzenia wyniki te można uznać za przejaw reakcji pokrywy glebowej na zewnętrzne presje antropogeniczne.

Aby racjonalnie wykorzystać i chronić żyzność gleb, w biomonitoringu i biodiagnostyce gleb należy stosować wskaźniki aktywności enzymatycznej. Jest to szczególnie ważne przy realizacji zadań produkcyjnych w rolnictwie.

Link bibliograficzny

Zinchenko M.K., Zinchenko S.I., Borin A.A., Kamneva O.P. ENZYMATYWNA AKTYWNOŚĆ GLEB ROLNYCH REGIONU GÓRNEJ WOŁGI // Współczesne problemy nauki i edukacji. - 2017 r. - nr 3.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=26458 (data dostępu: 01.02.2020). Zwracamy uwagę na czasopisma wydawane przez wydawnictwo „Akademia Historii Naturalnej”